Num ambiente de microgravidade quase sem peso, os vírus que infectam especificamente bactérias ainda podem “lutar” normalmente. No entanto, a batalha entre vírus e bactérias no espaço mostra uma trajetória evolutiva completamente diferente daquela na Terra. Uma nova experiência realizada na Estação Espacial Internacional mostra que os bacteriófagos que infectam E. coli ainda podem completar com sucesso o processo de infecção num ambiente orbital, mas a interacção entre o vírus e o hospedeiro mudou significativamente, o que fornece pistas importantes para futuras melhorias nas terapias virais na Terra. A pesquisa relevante foi liderada pela equipe de Phil Huss da Universidade de Wisconsin-Madison e publicada na revista de acesso aberto PLOS Biology em 13 de janeiro.
Nos ecossistemas microbianos, a relação entre fagos e bactérias é frequentemente vista como uma "corrida armamentista evolutiva" contínua: as bactérias continuam a desenvolver mecanismos de defesa, enquanto os fagos continuam a desenvolver contramedidas. Este jogo tem sido amplamente estudado no ambiente gravitacional normal da Terra, mas a microgravidade não só altera o comportamento fisiológico das próprias bactérias, mas também afeta a frequência do contato físico entre o vírus e a célula hospedeira, o que pode reescrever completamente o ritmo e o caminho do processo de infecção. Atualmente, os humanos ainda sabem muito pouco sobre esta “relação vírus-bactéria” que ocorre no espaço, por isso a equipa de investigação concebeu experiências controladas para descobrir como a microgravidade remodela esta ecologia microscópica.
Os investigadores escolheram o clássico fago T7 de E. coli e deixaram um grupo de E. coli infectadas para ser cultivado no solo, enquanto o outro grupo foi enviado para a Estação Espacial Internacional para crescer simultaneamente em condições de quase ausência de gravidade. Os resultados experimentais mostram que no ambiente da estação espacial, o fago T7 ainda pode infectar E. coli, mas o processo de início da infecção é significativamente mais lento. A análise subsequente de sequenciação genética mostrou que os padrões de mutação de vírus e bactérias de amostras espaciais eram claramente diferentes daqueles do grupo de controlo terrestre, mostrando os seus próprios caminhos evolutivos únicos.
Especificamente, o fago T7 no ambiente orbital acumulou uma série de alterações genéticas específicas. Acredita-se que essas mudanças ajudem a reconhecer e a se ligar de forma mais eficiente aos receptores na superfície bacteriana, melhorando assim a eficiência da infecção. Ao mesmo tempo, uma série de mutações também ocorreu em E. coli em ambiente de microgravidade. Estas alterações podem aumentar a sua capacidade de resistir ao ataque de fagos e melhorar a sua adaptabilidade de sobrevivência em condições de quase ausência de gravidade. Isto mostra que no ambiente extremo do espaço, tanto os vírus como as bactérias aceleram a sua evolução adaptativa ao longo de trajetórias diferentes das da Terra.
Para analisar ainda mais a base molecular dessas mudanças, a equipe de pesquisa usou a tecnologia de “varredura mutacional profunda” para conduzir uma análise sistemática da proteína de ligação ao receptor do fago T7. Esta proteína chave determina diretamente se o fago pode reconhecer e invadir as células bacterianas hospedeiras. Pequenas alterações na sua sequência de aminoácidos podem afetar significativamente o espectro da infecção e a eficiência da infecção. Os resultados da varredura profunda de mutações revelaram uma série de mutações diferenciais nesta proteína entre amostras da estação espacial e amostras terrestres, e essas "mutações relacionadas ao espaço" foram posteriormente confirmadas em experimentos na Terra para alterar a capacidade dos fagos de atacar diferentes cepas bacterianas.
Experimentos funcionais de acompanhamento realizados no terreno mostraram que os fagos T7 portadores dessas mutações formadas no ambiente espacial mostraram efeitos de morte mais fortes em certas cepas de E. coli que causam infecções do trato urinário em humanos. Estas cepas alvo eram originalmente naturalmente resistentes ao fago T7 comum, mas tornaram-se mais vulneráveis ao fago "evoluído no espaço". Esta descoberta sugere que mudanças evolutivas especiais induzidas pelo ambiente espacial podem abrir novas direções de aplicação para a terapia fágica, especialmente no tratamento de patógenos resistentes a medicamentos de difícil tratamento.
O estudo apontou que a realização de experimentos relacionados a fagos na Estação Espacial Internacional não só tem um significado direto para futuros voos espaciais tripulados de longo prazo e para o gerenciamento da saúde da estação espacial, mas também fornece uma nova ideia e biblioteca de ferramentas para tratamento anti-infecção no terreno. Em comparação com as experiências evolutivas tradicionais realizadas em laboratórios da Terra, o ambiente de microgravidade no espaço pode forçar vírus e bactérias a embarcar sistematicamente num caminho de adaptação diferente, expondo assim mecanismos e alvos biológicos que são difíceis de observar em condições convencionais. Os autores concluíram no artigo que o espaço altera fundamentalmente a interação entre fagos e bactérias: o processo de infecção é retardado e as trajetórias evolutivas de ambas as partes são completamente diferentes daquelas da Terra.
Ao dissecar essas adaptações espaciais, os pesquisadores não apenas obtiveram novos insights sobre a coevolução de vírus e bactérias, mas também desenvolveram candidatos a fagos com “atividade significativamente maior” contra patógenos resistentes a medicamentos na Terra. Esta conquista demonstra o potencial da utilização do espaço como um “laboratório evolutivo natural” e também indica que, no futuro, as experiências espaciais podem ser combinadas com tecnologia de engenharia terrestre para acelerar o desenvolvimento de uma nova geração de tratamentos fágicos precisos e eficientes para lidar com a ameaça cada vez mais grave de bactérias resistentes aos medicamentos em todo o mundo.
Compilado de /ScitechDaily