Почему бактерии «меняют форму» в космосе
Клетки бактерий, обработанные обычным антибиотиком в условиях почти невесомости на Международной космической станции (МКС), ответили хитрым изменением формы, которое, вероятно, помогло им выжить. Эти выводы имеют значение как для астронавтов, так и для людей на Земле.
Исследователи из BioServe Space Technologies Университета Колорадо в Боулдере провели эксперимент по культивированию обычной бактерии E. coli на МКС с обработкой несколькими концентрациями антибиотика сульфата гентамицина, который убивает её на Земле. Реакция бактерий включала 13-кратное увеличение числа клеток и сокращение объёма клеток на 73% по сравнению с контрольной группой на Земле.
«Мы знали, что бактерии ведут себя в космосе иначе и что для их уничтожения требуются более высокие концентрации антибиотиков. Новое в том, что мы провели систематический анализ изменения физического вида бактерий во время экспериментов», — сказал ведущий автор исследования Луис Зеа.
Поскольку в космосе нет гравитационных сил, таких как плавучесть и седиментация, единственный способ для бактерий поглощать питательные вещества или лекарства — естественная диффузия. Значительное уменьшение поверхности бактериальной клетки в космосе также снижает скорость взаимодействия молекула-клетка, что может влиять на эффективность лечения бактериальных инфекций у астронавтов.
Исследование также показало, что клеточная оболочка бактерий (клеточная стенка и внешняя мембрана) стала толще, что, вероятно, обеспечило дополнительную защиту от антибиотика. Бактерии E. coli, выращенные в космосе, также имели тенденцию образовывать скопления — возможно, защитный манёвр, при котором внешние клетки защищают внутренние.
Кроме того, некоторые клетки E. coli производили везикулы внешней мембраны — маленькие капсулы, которые действуют как посредники в межклеточной коммуникации. При достижении критической массы такие клетки могут синхронизироваться для начала инфекционного процесса.
«И утолщение клеточной оболочки, и увеличение количества везикул внешней мембраны могут указывать на активацию механизмов лекарственной устойчивости в космических образцах. Такие эксперименты дают нам возможность лучше понять, как бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам здесь, на Земле», — отметил Зеа.
Эксперимент был запущен на МКС в 2014 году. Астронавты вручную инициировали и завершили эксперименты с использованием аппаратуры BioServe. Образцы были возвращены на Землю для анализа несколько месяцев спустя.
«Низкая гравитация космоса предоставляет уникальную площадку для разработки новых методов, продуктов и процессов, которые могут принести пользу не только астронавтам, но и людям на Земле. В космосе, например, учёные могут больше узнать о биохимических изменениях в различных клетках и организмах, которые земная гравитация может маскировать», — сказал директор BioServe Луис Стодек.
Образование скоплений E. coli может быть связано с формированием биоплёнок — многоклеточных сообществ, скреплённых само-produced матриксом. Биоплёнки могут образовываться на различных поверхностях космических аппаратов, что представляет потенциальную угрозу для здоровья космических путешественников.