Los virus que infectan a las bacterias pueden seguir cumpliendo su función en condiciones de casi ingravidez a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI).
Sin embargo, el ritmo de infección cambia, y tanto el virus como la bacteria comienzan a evolucionar por caminos diferentes a los que seguirían en la Tierra.
Un equipo liderado por Phil Huss en la Universidad de Wisconsin–Madison rastreó lo que sucedió cuando el bacteriófago T7 (un virus clásico utilizado en laboratorios) se encontró con su huésped habitual, E. coli, en microgravedad. Los expertos compararon muestras coincidentes incubadas en órbita y en la Tierra, analizando cómo se desarrollaba la infección y qué cambios genéticos se acumulaban con el tiempo.
Fagos mutados en el espacio
En la Tierra, un fago “gana” al chocar con la bacteria correcta, adherirse a ella, inyectar su material genético y obligar a la célula a fabricar nuevas partículas virales. El momento de ese encuentro depende tanto de la física como de la biología. La mezcla, las corrientes de convección, la sedimentación y la constante redistribución de nutrientes y productos de desecho aumentan las posibilidades de que virus y bacterias colisionen.
En microgravedad, ese movimiento de fondo cambia. Al desaparecer en gran medida la convección impulsada por la flotabilidad, los fluidos no circulan de la misma manera. Los microbios experimentan un entorno muy diferente para el transporte, la difusión y la acumulación local de subproductos. Al mismo tiempo, las bacterias pueden modificar su fisiología en condiciones de vuelo espacial, incluyendo los tipos de moléculas de la membrana externa que los fagos utilizan como “asas” para adherirse.
Por lo tanto, la gran pregunta no es simplemente “¿puede ocurrir la infección?”. Es si toda la lucha coevolutiva entre bacterias y fagos se desarrolla de manera diferente cuando el mundo físico es extraño.
Una prueba sencilla en la EEI
Para aislar el efecto de la microgravedad de la manera más limpia posible, los investigadores prepararon dos conjuntos idénticos de muestras selladas en tubos de crioviales. Un conjunto se envió a la EEI; el otro permaneció en la Tierra como control. El equipo utilizó una cepa de E. coli no motil (BL21) para eliminar la mezcla impulsada por la natación de la ecuación, e incubaron todo a 37°C sin agitación.
Los expertos luego verificaron lo que sucedió en puntos de tiempo cortos (1, 2 y 4 horas) y en un punto de tiempo largo (23 días). Las ventanas cortas tenían como objetivo capturar la dinámica temprana de la infección. La ventana larga dio a ambos organismos tiempo para propagarse y adaptarse, si podían.
Los fagos espaciales actúan de manera diferente
En condiciones típicas de laboratorio, T7 puede infectar y romper las células de E. coli rápidamente. En este experimento, incluso las muestras basadas en la Tierra mostraron una desaceleración notable, con la infección ocurriendo efectivamente entre 2 y 4 horas. En microgravedad, la desaceleración fue mucho más fuerte. El fago no mostró las mismas señales claras de replicación durante las primeras horas. Pero el punto clave es que no fue un callejón sin salida. Al marcar los 23 días, el fago cultivado en el espacio había logrado replicarse y persistir, lo que significa que la infección productiva aún ocurrió, solo en una escala de tiempo drásticamente extendida.
Ese “inicio tardío” es importante porque el tiempo es parte de la supervivencia. Un retraso cambia cuántas células bacterianas están disponibles, cuán estresadas están y qué tipo de defensas pueden montar antes de que el virus realmente comience a actuar.
Diferentes soluciones evolutivas
Una vez que el equipo confirmó el resultado de la infección a largo plazo, analizó la genética. El secuenciamiento del genoma completo mostró que ambos lados, virus y bacteria, acumularon nuevas mutaciones, pero los patrones difirieron entre el espacio y la Tierra. En el lado del fago, las mutaciones se distribuyeron por todo el genoma, incluidas las proteínas relacionadas con la infectividad y la interacción con el huésped. En microgravedad, ciertos genes fágicos destacaron por el enriquecimiento de cambios, lo que sugiere que el virus estaba siendo impulsado hacia un conjunto diferente de “mejores movimientos” de los que normalmente usaría en la Tierra.
Bacterias bajo presión
En el lado bacteriano, las mutaciones fueron especialmente comunes en los genes vinculados a la membrana externa y las respuestas al estrés. Estos son exactamente los tipos de sistemas que podrían ayudar a una bacteria a hacer frente a la microgravedad y dificultar que un fago se adhiera. El secuenciamiento también sugirió que la presión del fago en sí fue un factor importante. Las bacterias expuestas a fagos acumularon más mutaciones notables que las bacterias incubadas sin fagos. En otras palabras, la “carrera armamentista” no se detuvo en el espacio. Simplemente tomó una ruta diferente.
La clave que desbloquea la infección
El equipo luego se centró en una herramienta crítica: la proteína de unión al receptor T7, la parte del fago que reconoce la superficie bacteriana y ayuda a iniciar la unión irreversible. Utilizaron el escaneo mutacional profundo, generando esencialmente una gran biblioteca de variantes de un solo aminoácido en una región clave de esa proteína, para mapear qué cambios ayudaron o perjudicaron al fago en cada condición.
El resultado no fue un pequeño ajuste. El “paisaje de aptitud” de las mutaciones se vio significativamente diferente en microgravedad en comparación con la Tierra. Los resultados indican que el entorno del huésped había cambiado lo suficiente como para cambiar lo que el fago estaba siendo recompensado por, mutación por mutación.
Fagos espaciales en la Tierra
Aquí está el giro que hace que la historia sea más grande que la biología espacial. Los investigadores utilizaron información enriquecida con microgravedad para ensamblar variantes combinatorias de fagos. Las variantes se probaron contra dos cepas de E. coli uropatógenas aisladas clínicamente (UTI1 y UTI2) asociadas con infecciones del tracto urinario. Estas son cepas que son resistentes a T7 de tipo salvaje en condiciones terrestres normales. Las variantes informadas por la microgravedad mostraron una actividad mejorada, mientras que una biblioteca “informada por la Tierra” comparable no mostró el mismo impulso.
Eso no significa que el espacio sea una fábrica de fagos mágica. Pero sí sugiere que la microgravedad puede exponer rutas evolutivas y ajustes moleculares útiles que son más difíciles de encontrar en condiciones de laboratorio estándar.
Descubrimientos en entornos extremos
Para los vuelos espaciales de larga duración, la lección inmediata es práctica. Los ecosistemas microbianos en órbita pueden comportarse de maneras que son familiares en su esquema general (la infección aún ocurre) pero poco familiares en el detalle (tiempo, presiones de selección y rutas de adaptación). Para la medicina en la Tierra, la lección es más oportunista. Los entornos extremos pueden actuar como motores de descubrimiento, revelando nuevos principios de diseño para la ingeniería de fagos que funcionan mejor contra bacterias difíciles de tratar.
“El espacio cambia fundamentalmente la forma en que los fagos y las bacterias interactúan: la infección se ralentiza y ambos organismos evolucionan a lo largo de una trayectoria diferente a la que siguen en la Tierra”, señalaron los investigadores.
“Al estudiar esas adaptaciones impulsadas por el espacio, identificamos nuevos conocimientos biológicos que nos permitieron diseñar fagos con una actividad superior contra patógenos resistentes a los fármacos en la Tierra”.
El estudio se publica en la revista PLOS Biology.
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