根据SWNS的报道,部分在国际空间站(ISS)上进行的研究表明,"微重力"环境可能帮助科学家对抗耐药性超级细菌。
美国宇航局(NASA)指出,微重力是一种人或物体看似失重的状态。
威斯康星大学麦迪逊分校研究人员的实验表明,在近乎失重的条件下,病毒和细菌的行为方式与地球上有明显不同。在太空中,它们会产生地球上通常不会出现的基因变化。
据SWSN报道,该研究的主要作者、威斯康星大学麦迪逊分校研究员菲尔·赫斯博士指出,感染细菌的病毒(称为噬菌体)与其宿主之间的相互作用在微生物生态系统功能中扮演着"不可或缺"的角色。
感染细菌的病毒在太空中仍然能够感染大肠杆菌。然而,这些感染的发生方式与地球上通常观察到的情况有所不同。
赫斯表示,细菌和噬菌体通常被描述为陷入了一场进化军备竞赛,双方不断适应以智胜对方。
该校生物化学教授、研究员斯里瓦桑·拉曼博士向福克斯新闻数字版表示:"微重力不仅仅是地球环境的一个更慢或更嘈杂的版本——它是一种独特的物理和进化环境。"
他补充道:"即使在一个非常简单的噬菌体-细菌系统中,微重力也改变了感染动态,并将两种生物推向不同的进化路径。"
虽然细菌和噬菌体之间的这些相互作用在地球上已被充分研究,但很少有研究在太空中检验它们,而太空环境可能导致不同的结果。
在这项研究中,赫斯和他的同事比较了两组被一种名为T7的噬菌体感染的大肠杆菌样本。一组在地球上培养,另一组则在国际空间站上培养。
研究团队发现,在最初的减缓之后,T7噬菌体成功地在太空中感染了大肠杆菌。随后的基因分析揭示了细菌和病毒在太空中的突变方式与它们在地球上的行为相比存在明显差异。
赫斯表示,在空间站上培养的噬菌体产生了可能增强其感染细菌或附着于细菌细胞能力的突变。与此同时,在太空中培养的大肠杆菌产生了可能帮助它们抵抗感染并在近乎失重条件下更好地生存的突变。
拉曼表示,一些发现是出乎意料的。特别是,他指出,微重力导致了噬菌体基因组中一些在地球实验中不常见且尚未被充分理解的部分发生突变。
研究人员随后使用了一种称为深度突变扫描的技术——一种追踪基因变化如何影响功能的方法——来检查在感染中起关键作用的T7受体结合蛋白的变化。
在地球上的额外实验将这些变化与对通常对T7有抵抗力的大肠杆菌菌株增强的有效性联系起来。
拉曼向福克斯新闻数字版表示:"同样令人惊讶的是,由微重力塑造的噬菌体在带回地球后,可能对地球上的细菌病原体更有效。"
"这一结果表明,微重力可以揭示那些通过标准实验室进化难以获得的突变组合,但这些组合对于实际应用仍然高度相关。"
赫斯表示,这些发现可能有助于解决近年来日益增多的抗生素耐药性感染,包括尿路感染。
赫斯向SWNS表示:"通过研究这些太空驱动的适应性变化,我们发现了新的生物学见解,使我们能够设计出对地球上的耐药病原体具有远超常规活性的噬菌体。"
拉曼指出:"国际空间站上的实验受到小样本量、固定硬件和时间安排限制的约束。样品还经历了冷冻和长时间储存,这可能会使解释复杂化。"
他补充说,这项研究具有更广泛的影响。
拉曼说:"在太空中研究微生物不仅仅关乎空间生物学。这些实验可以揭示病毒感染和微生物进化的新的方面,这些发现直接反馈到地球上的问题,包括抗菌素耐药性和噬菌体疗法。"
他补充说,太空应该被视为一个发现环境,而不是常规测试平台。据拉曼称,最有效的方法是在太空中识别有用的模式和突变,然后在地球上的系统中仔细研究它们。
科学家们还指出,这些发现突显了微生物生态系统(如与人类相关的生态系统)在长期太空任务中可能发生的变化。
拉曼说:"随着太空旅行变得更长、更常规和更具生物复杂性,理解和预测这些变化将变得至关重要。"
这些发现已发表在《PLOS Biology》期刊上。
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