Эксперимент на борту Международной космической станции показал: вдали от земного притяжения даже микроскопическая жизнь подчиняется иным физическим законам. Понимание того, как микроорганизмы приспосабливаются к таким условиям, может открыть новые подходы к биотехнологии и медицине.
Космос — это не просто вакуум и невесомость, а принципиально иная среда для всего живого. Когда гравитация исчезает, меняется даже то, как бактерии сталкиваются с вирусами. Именно это и решили проверить исследователи из Университета Висконсин — Мэдисон, отправив на МКС контролируемый эксперимент с участием бактерии Escherichia coli и заражающего её вируса-бактериофага T7.
Микрогравитация и жизнь в жидкости
На Земле жидкости никогда не бывают полностью неподвижными. Тёплые слои поднимаются, холодные опускаются, более тяжёлые молекулы оседают — всё это создаёт конвекционные потоки, которые постоянно «перемешивают» бактерии и вирусы. В такой среде их столкновения происходят часто, а инфекции распространяются быстро.
В условиях микрогравитации на МКС эта картина исчезает. Нет гравитационного перемешивания — частицы буквально «висят» в жидкости, а встречи между бактериями и вирусами происходят за счёт медленной молекулярной диффузии. Процесс заражения не останавливается, но заметно замедляется.
Необычная эволюция
Учёные выращивали идентичные культуры E. coli и фага T7 — одну партию на Земле, другую на орбите. Оказалось, что в космосе вирусы всё ещё способны заражать бактерии, но из-за редких контактов обе стороны вынуждены адаптироваться.
Фаги начали «оттачивать» способность цепляться за клетки, которые им всё-таки удаётся встретить. Бактерии, в ответ, изменяли поверхностные рецепторы, стараясь сделать их менее уязвимыми для атаки. Это медленное, но непрерывное противостояние привело к неожиданным генетическим сдвигам.
Полное секвенирование геномов показало: у образцов с МКС появились мутации, которых не было у земных «контрольных» культур. Космические фаги приобрели изменения, усиливающие связывание с бактериальными рецепторами, а E. coli — корректировки в генах, отвечающих за эти самые рецепторы.
Чтобы понять, как именно менялись вирусы, исследователи применили метод глубокого мутационного сканирования. Эта технология позволяет проследить влияние тысяч возможных мутаций на структуру и функцию белков. В данном случае она помогла детально картировать перестройку рецептор-связывающих белков фага T7 — своего рода «молекулярный тюнинг», вызванный жизнью в невесомости.
Зачем это нужно
Самый неожиданный результат проявился уже после возвращения образцов на Землю. «Космические» фаги оказались эффективнее против штаммов E. coli, вызывающих инфекции мочевыводящих путей, — тех самых, которые часто устойчивы к стандартным версиям фага T7. Руководитель исследования, биохимик Сриватьсян Раман, назвал это открытие счастливой случайностью.
Практическое значение работы выходит далеко за рамки МКС. Наблюдая эволюцию в «замедленной» среде, учёные могут точнее понять, как вирусы переписывают свой генетический код в условиях ограниченных взаимодействий. Эти знания могут лечь в основу новых фаговых терапий — специально сконструированных вирусов для борьбы с бактериями, устойчивыми к антибиотикам.
Исследователи признают: эксперименты в космосе или даже точное моделирование микрогравитации на Земле остаются дорогими. Тем не менее, потенциальная отдача двояка. С одной стороны — более эффективные методы лечения инфекций на Земле. С другой — дополнительные меры медицинской безопасности для астронавтов, которым предстоят длительные миссии к Луне или Марсу.
Космос оказался не просто экзотической лабораторией, а инструментом, позволяющим взглянуть на эволюцию под новым углом. Иногда, чтобы понять, как работает жизнь, нужно буквально убрать почву из-под ног — или, точнее, гравитацию из-под микробов.
