La Stazione Spaziale Internazionale è un ambiente chiuso e unico, dove i processi biologici non seguono sempre le stesse regole osservate sulla Terra. In particolare, i microrganismi che vi abitano possono comportarsi in modo inatteso, adattandosi a condizioni estreme come la microgravità. È partendo da questo presupposto che un gruppo di ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison ha condotto uno studio per comprendere come virus e batteri interagiscano nello spazio, confrontando esperimenti identici svolti a bordo della ISS e sulla superficie terrestre.
La ricerca, pubblicata sulla rivista PLOS Biology, mostra che la microgravità non si limita a rallentare le infezioni, ma può rimodellare in modo profondo l’evoluzione genetica sia dei virus sia dei batteri. Un risultato che, oltre ad avere implicazioni per le missioni spaziali di lunga durata, potrebbe aprire nuove prospettive nella lotta alle infezioni batteriche anche sulla Terra.
Perché studiare virus e batteri nello spazio
I protagonisti dello studio sono i bacteriophages, o phages: virus specializzati nell’infettare i batteri. Si tratta delle entità biologiche più numerose del pianeta, con una stima di circa 10³¹ particelle, presenti ovunque, dagli oceani al suolo, fino al microbioma umano. Il loro interesse per la medicina è legato soprattutto al potenziale utilizzo come alternativa agli antibiotici contro batteri resistenti.
«Studiare i sistemi phage-batterio nello spazio non è solo una curiosità per l’astrobiologia», ha spiegato il professor Phil Huss, tra gli autori principali dello studio. «Rappresenta un modo concreto per anticipare il comportamento degli ecosistemi microbici nelle navicelle spaziali e per sviluppare nuove soluzioni per la terapia con phage e l’ingegneria del microbioma sulla Terra».
Come funziona l’infezione da phage
I phages agiscono come microscopici sistemi di consegna. Si legano a specifiche strutture presenti sulla superficie dei batteri, spesso molecole delle membrane esterne, e iniettano il proprio materiale genetico. Una volta all’interno, sfruttano la macchina cellulare del batterio per produrre nuove copie di sé stessi, fino a causarne la lisi, ovvero la distruzione completa della cellula e il rilascio di nuovi virus pronti a infettare altri bersagli.
Questo processo innesca una vera e propria corsa evolutiva: i batteri possono sviluppare resistenze modificando o “nascondendo” i punti di aggancio, mentre i phages evolvono per superare queste difese. In microgravità, però, questa dinamica cambia radicalmente.
L’esperimento tra Terra e orbita
Per analizzare gli effetti della microgravità, i ricercatori hanno utilizzato il bacteriophage T7 e il batterio Escherichia coli, noto per il suo coinvolgimento in numerose infezioni umane. Sono stati preparati due set identici di campioni, incubati a temperatura controllata per periodi variabili: da una a quattro ore, fino a un massimo di 23 giorni.
Una serie di provette è stata inviata sulla ISS nel 2020 tramite il modulo Cygnus di Northrop Grumman, mentre l’altra è rimasta a Terra come termine di confronto. L’esperimento ha dovuto rispettare rigorosi standard di sicurezza imposti dalla NASA, limitando la quantità di campioni e rendendo la progettazione particolarmente complessa.
I ricercatori hanno inoltre variato il rapporto iniziale tra virus e batteri, prevedendo che alcune combinazioni avrebbero portato a infezioni rapide, mentre altre a dinamiche più lente e articolate.
In microgravità le infezioni rallentano
I risultati sono stati chiari: in microgravità, le interazioni tra phages e batteri avvengono più lentamente. In condizioni terrestri, il phage T7 è in grado di infettare e uccidere E. coli in meno di un’ora. A bordo della ISS, invece, il processo si è dilatato nel tempo, soprattutto nei campioni sigillati e privi di agitazione.
Secondo i ricercatori, una delle cause principali è la ridotta miscelazione dei fluidi nello spazio. L’assenza di convezione, tipica della gravità terrestre, diminuisce la frequenza degli incontri tra virus e batteri. A questo si aggiunge lo stress cellulare indotto dalla microgravità, che può alterare l’espressione dei recettori batterici o i processi interni necessari all’infezione.
Mutazioni genetiche guidate dallo spazio
L’aspetto forse più sorprendente emerge dall’analisi genetica. Dopo 23 giorni in orbita, i phages mostravano numerose mutazioni distribuite lungo l’intero genoma, con alcune varianti specifiche osservate solo in microgravità. Molte di queste riguardavano geni coinvolti nella struttura del virus e nell’interazione con il batterio ospite.
«La microgravità non cambia solo la velocità dell’infezione», ha spiegato Huss, «ma indirizza l’evoluzione genetica del phage verso regioni del genoma che normalmente restano poco esplorate». Anche i batteri hanno mostrato un’evoluzione accelerata, accumulando mutazioni soprattutto nei geni delle membrane esterne, rafforzando così le proprie difese.
Implicazioni per la medicina terrestre
Utilizzando una tecnica di deep mutational scanning, il team ha identificato oltre 1.600 varianti genetiche nei phages, scoprendo che le mutazioni più vantaggiose in microgravità differiscono in modo netto da quelle selezionate sulla Terra. Alcuni phages modificati sono stati testati contro ceppi di E. coli associati a infezioni urinarie resistenti agli antibiotici, dimostrando un’efficacia significativa.
Il dottor Srivatsan Raman ha sottolineato come questi risultati aprano a nuove strategie terapeutiche: la microgravità potrebbe diventare un ambiente di selezione utile per scoprire varianti virali capaci di combattere infezioni oggi difficili da trattare.
Tra spazio e futuro della ricerca
Nonostante il potenziale, le applicazioni cliniche restano lontane. Gli esperimenti in orbita richiedono anni di pianificazione e una logistica complessa. Tuttavia, gli autori ritengono che questo approccio possa contribuire allo sviluppo di nuove terapie contro patologie batteriche gravi, dalla salmonella alla polmonite, fino alla sepsi.
Guardando avanti, i ricercatori intendono estendere lo studio al microbioma umano nello spazio, un campo ancora poco esplorato. L’obiettivo è costruire un ponte sempre più solido tra ricerca spaziale e medicina terrestre, sfruttando ambienti estremi come la microgravità per rivelare possibilità che, sulla Terra, restano nascoste.
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