0 % gravitacijos, 100 % pavojaus: jie grįžta į Žemę su naujais įgūdžiais ()
Stipresni nei anksčiau.
© NASA-Imagery x(Pixabay Content Licence)|https://pixabay.com/photos/astronaut-international-space-station-976/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Tarptautinė kosminė stotis dažniausiai siejasi su astronautais, fizikos eksperimentai ir vaizdu į Žemę. Tuo tarpu tuo pačiu metu vyksta kitas, mažiau pastebimas spektaklis – mikroorganizmų kova už išlikimą. Uždaroje, sandariai izoliuotoje TKS ekosistemoje bakterijos ir virusai veikia beveik mikrogravitacijos sąlygomis, o tai reiškia, kad taisyklės, galiojančios Žemėje, ne visada veikia taip pat. Naujausi tyrimai rodo, kad šiame „kosminiame mėgintuvėlyje“ virusai gali evoliucionuoti netikėtais būdais.
Kas yra eksperimento herojai?
Wisconsino–Madison universiteto komanda tyrė bakteriofagus – virusus, kurie puola bakterijas. Tai vieni gausiausių biologinių organizmų Žemėje – jų skaičius įvertinamas maždaug 10³¹ vienetų. Bakteriofagai primena mikroskopinius nusileidimo įrenginius: kapsulę su genetine medžiaga ir „kojeles“, kuriomis prisitvirtina prie ląstelės paviršiaus.
Eksperimente naudotas gerai žinomas T7 fagas, kuris užkrečia žarnyno lazdelę – Escherichia coli bakteriją. Tai klasikinis laboratorinis modelis, taip pat patogenas, sukeliantis, pavyzdžiui, šlapimo takų infekcijas. Prisijungęs prie ląstelės, fagas į ją įšvirkščia savo genetinę medžiagą, perima kontrolę ir gamina šimtus savo kopijų. Galų gale ląstelė tiesiog sprogsta, o nauja virusų banga pradeda puolimą.
|
Tas pats virusas, dvi planetos. Kaip buvo suplanuotas eksperimentas?
Mokslininkai paruošė du identiškus mėginių rinkinius: su E. coli ir T7 fagais, tokiomis pačiomis koncentracijomis, tokiose pačiose talpose ir temperatūroje. Vienas rinkinys 2020 m. pakilo į TKS lėktuvu „Cygnus“, kitas liko laboratorijoje Žemėje.
Svarbu buvo tai, kad mėginiai buvo visiškai uždaryti ir nejudinami. Jie turėjo kuo tiksliau imituoti mikrogravitacijos aplinką, kurioje skysčiai nesimaišo natūraliai taip kaip Žemėje, kur nuolat veikia gravitacija. Mėginiai buvo inkubuojami valandą, dvi, keturias ir daugiau kaip 3 savaites. Tikslus buvimo TKS laikas buvo užfiksuotas ir vėliau atkurtas Žemėje, kad būtų galima palyginti rezultatus.
Mikrogravitacija lėtina ataką, bet pagreitina evoliuciją
Žemėje scenarijus buvo nuspėjamas. Tarp antros ir ketvirtos valandos bakterijų skaičius staigiai mažėjo, nes naujos virusų kartos vykdė efektyvų puolimą. Mikrogravitacijos sąlygomis ši dramatiško E. coli populiacijos mažėjimo fazė trumpuose bandymuose visiškai nepasireiškė.
Visa tai rodo, kad beveik be svorio fago ir bakterijų susitikimas yra kur kas sunkesnis. Trūksta konvekcinio skysčių maišymosi, todėl virusai rečiau tiesiog „atsitrenkia“ į savo aukas. Be to, aplinkos stresas – pačios bakterijos gali keisti ląstelės paviršių ar vidaus procesų tempą, kas dar labiau trukdo infekcijai.
Žmogaus bakterijos išgyveno kosmosą. Žarnynas pasiruošęs skrydžiui į Marsą
Tačiau po 23 dienų, kai mokslininkai patikrino mėginius, paaiškėjo, kad virusai TKS atliko savo darbą. Bakterijų buvo žymiai mažiau, o tai reiškia, kad infekcijos ciklas galiausiai įsibėgėjo. Tačiau tuo metu visa sistema spėjo stipriai pasikeisti.
Kosminės virusų ir bakterijų mutacijos
Genetinės medžiagos sekvencijavimas parodė, kad T7 fagas, grįžęs iš TKS, daugelyje vietų skiriasi nuo savo žemės „dvynio“. Pakeitimai daugiausia susiję su genais, atsakingais už viruso dalelės struktūrą ir tai, kaip jis jungiasi prie šeimininko ląstelės. Kitaip tariant, mikrogravitacija nukreipė evoliuciją į genomo sritis, kurios Žemėje retai taip intensyviai keičiasi dėl natūralios atrankos.
Pakeitimų įvyko ir bakterijų pusėje. E. coli, susidūrusios su fago ataka, sukaupė daug daugiau mutacijų nei mėginiai, auginami be viruso spaudimo. Labiausiai pasikeitė genai, susiję su ląstelės išorine membrana. Kadangi virusas atpažįsta auką pagal paviršiaus struktūras, paviršiaus pokytis gali tapti būdu „išsisukti“.
Mikrogravitacija kaip kosminis naujų terapijų akceleratorius
Tyrėjai neapsiribojo tik pokyčių aprašymu. Kaip rašo Space.com, jie naudojo vadinamąją gilų mutacijų skanavimą, kur sistemoje testuojami tūkstančiai vienos dalelės variantų, siekiant nustatyti, kurios mutacijos suteikia pranašumą. Paaiškėjo, kad „kosmose ištreniruoti“ fago variantai skiriasi nuo tų, kurie geriausiai veikia Žemės laboratorijoje.
Įdomiausia prasidėjo tada, kai šiuos kosminius variantus nukreipė prieš E. coli štamus, sukeliančius šlapimo takų infekcijas ir atsparius įprastiniam T7. Paaiškėjo, kad dalis kosminių mutacijų leidžia efektyviai naikinti atsparias Žemės bakterijas. Praktikoje tai reiškia, kad TKS gali tapti tam tikru evoliucijos akceleratoriumi, kuriame kuriamos naujos gydomosios virusų kartos kovai su antibiotikams atspariomis bakterijomis.
O kaip dėl astronautų saugumo?
Tyrimų rezultatai skamba kaip knygos ar filmo scenarijus: beprotiški virusai, kurie kosmose išmoksta naujų triukų ir grįžta į Žemę stipresni nei anksčiau. Tačiau mokslininkai sako, kad į visa tai reiktų žiūrėti ramiau. Tyrimų objektai yra bakteriofagai – virusai, specializuoti pulti bakterijas, o ne žmones.
Komanda pabrėžia, kad tai tik tyrimų pradžia, kaip mikrogravitacija keičia mikroorganizmų evoliuciją. Reikia patikrinti, ar panašūs mechanizmai gali būti susiję su patogenais, galinčiais sukelti ligas žmonėms. Negalima atmesti galimybės, kad ilgalaikėse pilotuojamose misijose kai kurie mikroorganizmai laikui bėgant gali tapti labiau „erzinantys“, todėl būsimuose eksperimentuose bus tiriama, pavyzdžiui, bakterijų atsparumas antibiotikams kosminėmis sąlygomis.
