Evolutie in een baan om de aarde
Wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben samen met Rhodium Scientific een baanbrekend experiment uitgevoerd. Ze onderzochten hoe E. coli-bacteriën en T7-bacteriofagen zich gedragen onder microzwaartekracht. Gedurende 25 dagen in een baan om de aarde analyseerden onderzoekers de genetische mutaties van deze micro-organismen, op zoek naar nieuwe wapens tegen superbacteriën.
Bacteriofagen zijn natuurlijke “killers” die uitsluitend bacteriën aanvallen zonder schade toe te brengen aan mensen. Anders dan antibiotica, die werken als een tapijtbombardement en zowel schadelijke als nuttige microflora vernietigen, opereren fagen met chirurgische precisie.
Wanneer zwaartekracht verdwijnt, verandert alles
Het grote probleem is dat bacteriën snel leren zich te verdedigen tegen deze virusaanvallen. In de ruimte functioneren normale verdedigingsmechanismen echter niet meer. Het ontbreken van vloeistofconvectie en drukveranderingen in celmembranen dwingt virussen om “achterdeuren” naar de cel te zoeken.
Deze ontdekking helpt wetenschappers de resistentie van superbacteriën te omzeilen – een probleem dat is uitgegroeid tot een wereldwijde bedreiging voor de 21e-eeuwse geneeskunde.
De langdurige strijd tussen bacteriën en virussen, bekend als een evolutionaire wapenwedloop, krijgt in gewichtsloosheid een compleet ander karakter. Zonder normale zwaartekracht verlopen biologische processen op het ISS anders, wat organismen dwingt zich op unieke manieren aan te passen aan stress.
Verrassende aanpassingen onder extreme omstandigheden
Tijdens het experiment ontdekten onderzoekers iets opmerkelijks. De snelheid waarmee fagen bacteriën infecteerden vertraagde aanvankelijk in de ruimte. Maar dit gaf juist de impuls voor zeldzame mutaties.
De darmbacteriën op het station veranderden de structuur van oppervlakte-eiwitten en genen die verantwoordelijk zijn voor het beheer van voedingsstoffen. In reactie hierop begonnen de virussen te muteren om hun vermogen te behouden zich aan hun slachtoffers te hechten.
Deze veranderingen vonden niet plaats in de controlegroep op aarde, wat biologen nieuwe perspectieven bood om overlevingsmechanismen van microben te begrijpen. Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biology.
Een wapen uit de kosmos
De resultaten van genoomsequencing toonden aan dat kosmische mutaties bacteriofagen het vermogen gaven om zelfs die bacteriestammen te vernietigen die op aarde krachtige verdediging hadden ontwikkeld.
Het bleek dat de “orbitale” virusversies bijzonder effectief zijn tegen veroorzakers van urineweginfecties. Meer dan 90 procent van deze pathogenen is tegenwoordig resistent tegen conventionele antibiotica.
Toepassingen voor aardse geneeskunde
Zoals medeauteur Vatsan Raman opmerkt: “Door deze door de ruimte veroorzaakte aanpassingen te bestuderen, hebben we nieuwe biologische gegevens verkregen. Deze stelden ons in staat fagen te creëren die veel actiever zijn tegen medicijnresistente pathogenen hier op aarde.”
De specifieke ISS-omgeving werd een soort evolutieversneller. Het stelde wetenschappers in staat natuurlijke oplossingen te zien die in aardse laboratoria tientallen jaren zouden hebben gekost om te bereiken.
De verkregen gegevens vormen de basis voor de ontwikkeling van antibacteriële preparaten van de nieuwe generatie, gemaakt van gemodificeerde virussen. Dit opent geheel nieuwe mogelijkheden in de strijd tegen levensbedreigende infecties die niet meer reageren op traditionele behandelingen.
