Científicos estudian mutaciones microbianas en el espacio con aplicaciones para la salud humana

La investigación sobre cómo los microorganismos se comportan y evolucionan en el espacio está abriendo nuevas fronteras para la medicina terrestre. Bioquímicos de la Universidad de Wisconsin-Madison enviaron en septiembre de 2020 un pequeño contenedor con virus y bacterias a la Estación Espacial Internacional (EEI) para estudiar cómo los microbios, similares a los que residen en nuestro intestino, responden a las condiciones espaciales.

Según el profesor de bioquímica Vatsan Raman, quien lideró el proyecto, "nuestro experimento fue más que aprender qué sucede cuando bacterias y fagos viajan en el espacio exterior. Estamos haciendo preguntas sobre cómo las mutaciones adquiridas en el espacio podrían ser relevantes en la Tierra". Los hallazgos fueron publicados en la revista PLOS Biology.

Los fagos, virus que infectan bacterias, mantienen una relación esencial con las bacterias para el equilibrio saludable del microbioma intestinal humano. Las bacterias evolucionan para evadir infecciones y, en respuesta, los fagos mutan para encontrar nuevas formas de infectarlas. El laboratorio de Raman está aprovechando esta relación para diseñar fagos que puedan competir y combatir infecciones bacterianas.

"El espacio es un entorno único", explica Philip Huss, investigador postdoctoral en el Laboratorio Raman y autor principal del estudio. "Tiene el potencial de revelar posibilidades sobre cómo pueden evolucionar los fagos que están ocultas en la Tierra".

Con científicos y astronautas pasando períodos prolongados en el espacio, y el inicio de los viajes espaciales recreativos, se ha vuelto importante entender cómo los entornos con gravedad reducida (microgravedad) impactan la danza evolutiva entre bacterias y fagos. La microgravedad sostenida es difícil de establecer en la Tierra, pero en la EEI es posible realizar investigaciones en condiciones de casi ingravidez.

"En la Tierra, sabemos que los fagos se mueven por su entorno y encuentran un huésped bacteriano para infectar. Luego entran y matan a la bacteria", explica Raman. "Pero en el espacio exterior, ¿estas reglas de interacción siguen aplicándose? Si no hay gravedad, entonces la forma en que los fagos se mueven por su entorno será simplemente diferente. Las formas en que atacan a las bacterias serán diferentes".

Los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison diseñaron fagos para exhibir miles de mutaciones diferentes y los enviaron al espacio. Durante 25 días, los científicos de la EEI incubaron diferentes combinaciones de fagos y bacterias juntos y aislados. En Madison, los mismos experimentos se replicaron bajo la gravedad terrestre.

Huss y Chutikarn Chitboonthavisuk, un ex estudiante de posgrado en el Laboratorio Raman, encontraron diferencias clave al comparar los fagos y bacterias cultivados en el espacio con los cultivados en la Tierra. En el espacio, los fagos y las bacterias adquirieron mutaciones novedosas: las proteínas en las superficies de las bacterias cambiaron y, a su vez, los fagos mutaron para unirse a estas superficies alteradas. Como resultado, las mutaciones que permitieron a los fagos infectar bacterias en el espacio difirieron de las de la Tierra.

En un estudio relacionado, investigadores exploraron el papel protector del microbioma intestinal en la salud renal utilizando un modelo de ratón con suspensión de extremidades posteriores (HU), que simula los efectos de la microgravedad. Según un artículo publicado en PubMed, durante los viajes espaciales, los cambios en la microbiota intestinal pueden provocar problemas de salud.

El estudio dividió ratones macho C57BL/6 de cuatro meses en tres grupos: un grupo de control terrestre, ratones HU alimentados con agua destilada, y ratones HU alimentados con medios condicionados por bacterias de cocodrilo. Después de tres semanas, el análisis transcriptómico reveló perfiles de expresión génica distintos entre los grupos, con el tratamiento restaurando parcialmente la morfología glomerular, reduciendo la inflamación y revirtiendo alteraciones en la expresión génica asociadas con estrés oxidativo, apoptosis, fibrosis e inflamación.

Por otro lado, en Arabia Saudita, la empresa de tecnología sanitaria SDM, cofundada por la especialista en oftalmología Selwa Al-Hazzaa y su hijo Naif Al-Obaidallah, está ampliando los límites de la innovación sanitaria. Su trabajo abarca desde el diagnóstico de enfermedades oculares en la Tierra hasta el estudio del microbioma ocular en órbita, según informó el medio DH Arab.

En colaboración con la Universidad de Cornell, los investigadores de SDM están enviando muestras del microbioma ocular al espacio para observar cómo mutan en gravedad cero. Antes de que algo entre en órbita, los laboratorios de simulación en la Tierra modelan las condiciones y prueban sus teorías.

El sistema de inteligencia artificial de SDM, llamado SAARIA, analiza imágenes de retina y ayuda a los médicos no especialistas a detectar enfermedades antes de que se agraven. "Siendo oftalmóloga durante los últimos 35 años, hay muchas enfermedades, desafortunadamente, para las que no hay tratamiento", afirma la Dra. Al-Hazzaa.

La startup ya ha utilizado SAARIA para examinar a decenas de miles de pacientes desfavorecidos, especialmente personas con diabetes, una población donde el acceso a la atención oftalmológica suele ser esporádico. "A nivel mundial, solo el 55 por ciento de los diabéticos son examinados; en el Golfo, solo el 24 por ciento. Usando SAARIA hemos salvado la vista de 40,000 pacientes de forma gratuita", señaló Al-Hazzaa.

Estos estudios demuestran cómo la investigación en condiciones espaciales puede proporcionar información valiosa sobre la evolución microbiana y potencialmente conducir a nuevos tratamientos para infecciones resistentes a antibióticos y otras afecciones médicas en la Tierra. A medida que los humanos continúan explorando el espacio, comprender cómo la microgravedad afecta a los microorganismos se vuelve cada vez más importante para la salud de los astronautas y para el desarrollo de nuevas terapias para pacientes terrestres.