Dans un environnement de microgravité quasiment en apesanteur, les virus qui infectent spécifiquement les bactéries peuvent toujours « se battre » normalement. Cependant, la bataille entre virus et bactéries dans l’espace montre une trajectoire évolutive complètement différente de celle sur Terre. Une nouvelle expérience menée sur la Station spatiale internationale montre que les bactériophages infectant E. coli peuvent encore mener à bien le processus d'infection dans un environnement orbital, mais que l'interaction entre le virus et l'hôte a considérablement changé, ce qui fournit des indices importants pour les améliorations futures des thérapies virales sur Terre. La recherche pertinente a été dirigée par l'équipe de Phil Huss de l'Université du Wisconsin-Madison et a été publiée dans la revue en libre accès PLOS Biology le 13 janvier.
Dans les écosystèmes microbiens, la relation entre les phages et les bactéries est souvent considérée comme une « course aux armements évolutive » : les bactéries continuent de développer des mécanismes de défense, tandis que les phages continuent de développer des contre-mesures. Ce jeu a été largement étudié dans l'environnement gravitationnel normal de la Terre, mais la microgravité modifie non seulement le comportement physiologique des bactéries elles-mêmes, mais affecte également la fréquence des contacts physiques entre le virus et la cellule hôte, ce qui peut complètement réécrire le rythme et le chemin du processus d'infection. À l’heure actuelle, les humains en savent encore très peu sur cette « relation virus-bactérie » qui se joue dans l’espace. L’équipe de recherche a donc conçu des expériences contrôlées pour découvrir comment la microgravité remodèle cette écologie microscopique.
Les chercheurs ont choisi le phage T7 classique d'E. coli et ont laissé un groupe d'E. coli infectés être cultivés sur le sol, tandis que l'autre groupe a été envoyé à la Station spatiale internationale pour se développer simultanément dans des conditions de quasi-apesanteur. Les résultats expérimentaux montrent que dans l’environnement de la station spatiale, le phage T7 peut toujours infecter E. coli, mais que le processus d’initiation de l’infection est nettement plus lent. L'analyse ultérieure du séquençage génétique a montré que les modèles de mutation des virus et des bactéries provenant d'échantillons spatiaux étaient clairement différents de ceux du groupe témoin au sol, montrant leurs propres chemins d'évolution uniques.
Plus précisément, le phage T7 dans l’environnement orbital a accumulé un certain nombre de modifications génétiques spécifiques. On pense que ces changements l’aident à reconnaître et à s’attacher plus efficacement aux récepteurs à la surface bactérienne, améliorant ainsi l’efficacité de l’infection. Dans le même temps, une série de mutations se sont également produites chez E. coli dans un environnement en microgravité. Ces changements pourraient améliorer sa capacité à résister aux attaques de phages et améliorer sa capacité d’adaptation à la survie dans des conditions de quasi-apesanteur. Cela montre que dans l’environnement extrême de l’espace, les virus et les bactéries accélèrent leur évolution adaptative selon des trajectoires différentes de celles sur Terre.
Pour analyser plus en détail la base moléculaire de ces changements, l'équipe de recherche a utilisé la technologie du « balayage mutationnel profond » pour mener une analyse systématique de la protéine de liaison au récepteur du phage T7. Cette protéine clé détermine directement si le phage peut reconnaître et envahir les cellules bactériennes de l'hôte. De petits changements dans sa séquence d’acides aminés peuvent affecter de manière significative le spectre et l’efficacité de l’infection. Les résultats de l'analyse approfondie des mutations ont révélé une série de mutations différentielles de cette protéine entre les échantillons de la station spatiale et les échantillons au sol, et ces « mutations liées à l'espace » ont ensuite été confirmées lors d'expériences sur Terre visant à modifier la capacité des phages à attaquer différentes souches bactériennes.
Des expériences fonctionnelles de suivi menées au sol ont montré que les phages T7 porteurs de ces mutations formés dans l'environnement spatial présentaient des effets destructeurs plus importants sur certaines souches d'E. coli responsables d'infections des voies urinaires chez l'homme. Ces souches cibles étaient à l'origine naturellement résistantes au phage T7 ordinaire, mais sont devenues plus vulnérables au phage « évolué dans l'espace ». Cette découverte suggère que des changements évolutifs particuliers induits par l'environnement spatial pourraient ouvrir de nouvelles directions d'application pour la phagothérapie, notamment dans le traitement des agents pathogènes résistants aux médicaments difficiles à traiter.
L'étude a souligné que la conduite d'expériences liées aux phages sur la Station spatiale internationale a non seulement une importance directe pour les futurs vols spatiaux habités à long terme et la gestion de la santé de la station spatiale, mais fournit également une nouvelle bibliothèque d'idées et d'outils pour le traitement anti-infectieux au sol. Par rapport aux expériences évolutives traditionnelles menées dans les laboratoires terrestres, l’environnement de microgravité dans l’espace peut forcer les virus et les bactéries à s’engager systématiquement dans une voie d’adaptation différente, exposant ainsi des mécanismes et des cibles biologiques difficiles à observer dans des conditions conventionnelles. Les auteurs concluent dans l'article que l'espace modifie fondamentalement l'interaction entre les phages et les bactéries : le processus d'infection est ralenti et les trajectoires évolutives des deux parties sont complètement différentes de celles sur Terre.
En disséquant ces adaptations spatiales, les chercheurs ont non seulement acquis de nouvelles connaissances sur la coévolution des virus et des bactéries, mais ont également conçu des phages candidats ayant « une activité significativement plus grande » contre les agents pathogènes résistants aux médicaments sur Terre. Cette réalisation démontre le potentiel de l'utilisation de l'espace comme « laboratoire évolutif naturel » et indique également qu'à l'avenir, les expériences spatiales pourront être combinées avec la technologie de l'ingénierie au sol pour accélérer le développement d'une nouvelle génération de traitements phagiques précis et efficaces pour faire face à la menace de plus en plus grave des bactéries résistantes aux médicaments dans le monde.
Compilé à partir de /ScitechDaily