Bacteris espacials

Les estacions espacials són l’entorn apropiat per sotmetre als microorganismes a condicions extremes i observar les seves reaccions. A través d’aquests experiments es poden esbrinar aspectes sorprenents sobre el seu funcionament que ens ajudaran a conèixer-los millor. A més dels assajos amb “Salmonella enteritidis”, en l’Estació Espacial Internacional (ISS, en les seves sigles angleses) s’han dut a terme altres estudis amb microorganismes comuns com “Pseudomonas aeruginosa” i “Candida albicans”, així com altres experiments destinats a comprovar l’efecte de la radiació còsmica en els microorganismes (espores de diversos fongs i bacils). Resulta preocupant saber com alguns bacteris poden mutar tornant-se més agressives en situacions d’ingravitació, especialment de cara a futurs viatges espacials de llarga durada.

Els experiments amb salmonel·la van ser realitzats en els viatges del transbordador espacial de la NASA a la ISS al setembre de 2006 i març de 2008. Els primers estudis van demostrar com durant el vol espacial aquestes bacteris es tornaven molt més virulentes que les conreades a la terra en les mateixes condicions. No obstant això, no hi havia evidències que el bacteri conreat a l’espai mantingués aquests efectes durant llargs períodes a la seva tornada a la Terra. L’experiment de 2008 va confirmar aquests resultats i va demostrar com alguns canvis a l’entorn de creixement del bacteri controlaven la seva virulència.

Espai ‘versus’ intestí humà

L’efecte del medi ambient espacial sobre el bacteri és similar al que rep quan es troba en la paret intestinal de les persones

Les posteriors recerques realitzades per científics de l’Institut de Biodiseño de la Universitat d’Arizona, a EUA, expliquen per què la salmonel·la es mostra més activa i virulenta a l’espai i torna a la normalitat en tornar a la Terra. La resposta és, segons els seus responsables, així de senzilla: els viatges espacials fan que la salmonel·la es comporti com si es trobés en l’intestí humà. La raó radica en un fenomen mecànic anomenat “efecte de cisallament d’un fluid” o força de fricció que s’exerceix sobre una superfície en fluir sobre ella.

La salmonel·la té la capacitat de sentir la força que el fluid en moviment exerceix en les seves membranes exteriors i que actua com un senyal que li avisa que es troba a l’interior d’un organisme. Les variacions d’intensitat d’aquesta força fan que l’enterobacteria es comporti de forma diferent, amb major o menor virulència. Aquesta enterobacteria sol entrar en el cos a través de la ingesta d’aliments contaminats. Al centre del tub que forma l’intestí es barregen els aliments a mitjà digerir amb els sucs digestius, amb el que el líquid que es forma en la barreja té un efecte de cisallament molt elevat. No obstant això, quan la salmonel·la s’aproxima a la paret de l’intestí, es llisca pels espais existents entre els microvellositats del recobriment intestinal.

Allí, la cèl·lula queda protegida del moviment del fluid i disminueix de forma dràstica l’efecte de cisallament contra les parets de la membrana exterior del bacteri. En aquest lloc és on la cèl·lula bacteriana pot creuar des de l’intestí cap al torrent sanguini per iniciar la infecció. Un baix efecte de cisallament es tradueix en un senyal “d’ara és el moment d’infectar”, per tant, tindria sentit per al bacteri que experimenta un baix efecte de cisallament l’activació dels gens responsables d’augmentar la seva capacitat infecciosa.

Major virulència

Basant-se en programes informàtics de simulació, aquests investigadors han demostrat que l’efecte de cisallament provocat pel fluid experimentat pels bacteris en el medi ambient d’ingravitació, l’ambient espacial, és similar al que reben quan es troben en aquests petits espais de la paret intestinal. El medi ambient en el qual es troben en un vol espacial és un fluid amb un efecte de cisallament baix similar al dels microvellositats intestinals. Dit d’una altra manera, el vol espacial és capaç d’enganyar el bacteri fent-li creure que es troba en un entorn semblat al de l’intestí, la qual cosa activa els gens responsables de l’increment de la seva virulència.

Així, aquest experiment espacial va proporcionar als investigadors l’oportunitat de descobrir que una força mecànica coneguda com a efecte de cisallament d’un fluid (el moviment d’un fluid quan aquest passa sobre la seva superfície) podria tenir un efecte determinant en el potencial infecciós de la salmonel·la.

Durant l’estudi, els científics van trobar que hi havia una diferència de 167 gens amb diferent activitat en els bacteris que havien viatjat a l’espai comparant-les amb els bacteris que no ho havien fet. Els bacteris espacials havien alterat els seus gens i havien mutat a l’espai tornant-se més agressives, un efecte que remetia després d’un període de cultiu a la Terra. L’equip també va identificar un “interruptor mestre” que regula prop d’un terç d’aquests gens, una proteïna anomenada Hfq. L’activitat d’aquesta proteïna també es va veure afectada per les baixes condicions de cisallament en el fluid durant els vols espacials. Ara que els científics saben que els gens i les proteïnes ajuden a crear aquest efecte per augmentar la virulència del bacteri estan treballant per desenvolupar noves estratègies i combatre la salmonel·la i altres malalties transmeses per aliments.

De moment, l’equip d’investigadors ja ha trobat un camí. El creixement del mateix cep de bacteris en un mitjà de cultiu amb altes concentracions de cinc ions (potassi, clorurs, sulfats, magnesi, i fosfats) provoca la inactivación de la virulència dels bacteris a causa dels vols espacials. Molts dels gens activats pel fluid de baix cisallament a l’entorn dels vols espacials estan implicats en el transport d’aquests ions dins i fora de les cèl·lules, per la qual cosa podria haver-hi una connexió. La recerca sobre aquest efecte dels ions podria portar a noves formes d’utilitzar aquests ions per evitar les infeccions de salmonel·la.