La battaglia evolutiva tra virus batteriofagi e batteri rappresenta uno dei processi biologici più affascinanti del mondo microbico, una corsa agli armamenti molecolare dove le difese batteriche si scontrano continuamente con le strategie d'attacco virali. Questa dinamica, studiata da decenni nei laboratori terrestri, assume caratteristiche profondamente diverse quando spostata oltre l'atmosfera terrestre, in condizioni di microgravità. Un gruppo di ricerca guidato da Phil Huss dell'Università del Wisconsin-Madison ha appena pubblicato su PLOS Biology i risultati di un esperimento condotto a bordo della Stazione Spaziale Internazionale che rivela come l'ambiente spaziale modifichi radicalmente le interazioni tra il batterio Escherichia coli e il suo predatore virale, il batteriofago T7.
L'obiettivo dello studio era comprendere se e come le condizioni di quasi-assenza di peso influenzino le dinamiche coevolutive tra questi microorganismi. La microgravità altera infatti sia la fisiologia batterica sia la fisica delle collisioni tra virus e cellule ospiti, modificando parametri fondamentali per l'infezione. I ricercatori hanno quindi confrontato due popolazioni identiche di E. coli infettate dal fago T7: una incubata sulla Terra in condizioni standard e l'altra mantenuta in orbita sulla ISS. Questo approccio sperimentale ha permesso di isolare gli effetti dell'ambiente spaziale escludendo altre variabili.
I risultati del sequenziamento genomico completo hanno mostrato differenze sorprendenti. Dopo un ritardo iniziale nell'infezione, i batteriofagi spaziali hanno accumulato mutazioni genetiche specifiche che sembrano aumentare la loro capacità infettiva e il legame con i recettori sulla superficie batterica. Parallelamente, i ceppi di E. coli esposti alla microgravità hanno sviluppato mutazioni differenti rispetto ai controlli terrestri, alcune delle quali potrebbero conferire protezione contro l'attacco fagico e migliorare la sopravvivenza in condizioni di quasi-assenza di peso. Questo pattern divergente suggerisce che l'ambiente spaziale non solo rallenta l'infezione virale, ma orienta l'evoluzione di entrambi gli organismi lungo traiettorie completamente nuove.
Per approfondire i meccanismi molecolari alla base di queste differenze, il team ha applicato una tecnica ad alta capacità denominata deep mutational scanning, concentrandosi sulla proteina di legame al recettore del fago T7. Questa proteina rappresenta l'elemento chiave che consente al virus di riconoscere e agganciarsi alla cellula batterica prima dell'iniezione del materiale genetico. L'analisi ha rivelato modifiche significative nella struttura e funzione di questa proteina nei campioni spaziali, cambiamenti che hanno spinto i ricercatori a testarne le conseguenze in laboratorio sulla Terra.
Gli esperimenti terrestri successivi hanno prodotto un risultato inatteso e di grande rilevanza applicativa. Le modifiche alla proteina di legame sviluppate in microgravità si sono dimostrate efficaci contro ceppi di E. coli responsabili di infezioni delle vie urinarie nell'uomo, ceppi normalmente resistenti al batteriofago T7. Questo dato apre prospettive concrete per l'ingegnerizzazione di fagi terapeutici con attività potenziata contro patogeni resistenti agli antibiotici, uno dei problemi sanitari più urgenti del nostro tempo. Il lavoro è stato finanziato dalla Defense Threat Reduction Agency degli Stati Uniti, mentre una delle ricercatrici coinvolte, C. Chitboonthavisuk, ha beneficiato di una borsa di studio della Fondazione Anandamahidol della Thailandia.
La ricerca dimostra come la Stazione Spaziale Internazionale possa fungere da laboratorio unico per studiare processi biologici fondamentali in condizioni impossibili da replicare sulla Terra. Le implicazioni si estendono sia all'esplorazione spaziale, dove comprendere l'adattamento microbico in microgravità è essenziale per la salute degli astronauti durante missioni di lunga durata, sia alla medicina terrestre, offrendo nuove strategie per combattere infezioni batteriche resistenti.
