Dans de nouvelles expériences à bord de la Station spatiale internationale (ISS), des microbiologistes de l’Université du Wisconsin-Madison et de Rhodium Scientific Inc. ont découvert que l’environnement quasi-apesanteur de l’espace peut remodeler considérablement la façon dont les bactériophages – virus qui infectent les bactéries – interagissent avec leurs hôtes.
Dans une étude systématique de la dynamique bactériophage-hôte en microgravité, le chercheur Phil Huss de l’Université du Wisconsin-Madison et ses collègues ont examiné l’interaction entre le phage T7 et Escherichia coli bactéries pendant l’incubation sur le laboratoire en orbite.
Leurs expériences ont révélé que la microgravité retardait la capacité du virus à infecter et à tuer la bactérie, mais n’empêchait pas l’infection de façon permanente.
Dans des conditions terrestres, les phages T7 infectent et lysent normalement Escherichia coli dans les 20 à 30 minutes.
Mais en microgravité, les chercheurs n’ont observé aucune croissance mesurable de bactériophages pendant les premières heures d’incubation.
Après 23 jours, cependant, les bactériophages s’étaient propagés avec succès et avaient réduit les populations bactériennes, ce qui indique que l’activité des bactériophages a finalement surmonté le retard initial provoqué par l’environnement de microgravité.
On pense que les caractéristiques physiques de la microgravité, notamment une convection réduite des fluides et une physiologie bactérienne altérée, modifient la manière dont les particules de bactériophages rencontrent et infectent leurs hôtes bactériens.
En l’absence de gravité, le mélange normal des fluides qui met les particules virales en contact avec les bactéries est perturbé, ce qui pourrait ralentir les premiers stades de l’infection.
Pour mieux comprendre les conséquences évolutives et moléculaires de ces interactions modifiées, les scientifiques ont séquencé les génomes des bactériophages et des bactéries après une incubation à long terme.
Ils ont découvert de nombreuses mutations nouvellement apparues dans les génomes viraux et bactériens, indiquant que les deux organismes se sont adaptés aux conditions rencontrées.
Des modèles distincts de mutations ont été observés en microgravité par rapport à ceux évolués sous la gravité terrestre, ce qui suggère que l’environnement spatial imposait des pressions sélectives uniques à la fois sur le bactériophage et sur l’hôte.
D’autres analyses se sont concentrées sur la protéine de liaison au récepteur du bactériophage, un élément clé qui détermine l’efficacité avec laquelle un virus reconnaît et infecte sa cible bactérienne.
À l’aide d’une analyse mutationnelle approfondie, les auteurs ont identifié des différences substantielles dans le paysage mutationnel de cette protéine entre les expériences en microgravité et terrestres, reflétant les changements sous-jacents dans l’adaptation et la sélection de l’hôte.
Dans une découverte notable, ils ont utilisé des bibliothèques de variantes de protéines de liaison aux récepteurs façonnées par sélection en microgravité pour produire des variantes de bactériophages plus efficaces pour infecter certaines souches de bactéries résistantes aux médicaments. Escherichia coli sur Terre – un résultat qui met en évidence le potentiel de la recherche spatiale pour éclairer la biotechnologie terrestre.
« Notre étude offre un aperçu préliminaire de la façon dont la microgravité influence les interactions phage-hôte », ont conclu les chercheurs.
« L’exploration de l’activité des phages dans des environnements non terrestres révèle de nouveaux déterminants génétiques de la condition physique et ouvre de nouvelles voies pour l’ingénierie des phages destinés à une utilisation terrestre. »
« Le succès de cette approche contribue à jeter les bases de la future recherche sur les phages à bord de l’ISS. »
L’étude apparaît en ligne dans la revue PLoS Biologie.
