La vita ha trovato modi per superare, e anche prosperare, in molte situazioni estreme, dalle piscine super saline alle alte temperature delle bocche idrotermali. Un nuovo esperimento ha dimostrato che la microgravità che si trova nello spazio è anche un ambiente in cui la vita può adattarsi.

I ricercatori dell'Università di Houston hanno utilizzato due ceppi quasi identici di E. coli non patogeno, un batterio comune che si trova nelle viscere degli animali, e metterli alla prova. un ceppo, NCM520, è stato coltivato in un pallone in normali condizioni di gravità terrestre, mentre l'altro, MG1655, è stato collocato in una camera speciale in prestito dal Johnson Space Center che simula la microgravità. Abbastanza piccolo da stare nel palmo delle tue mani, l'High Aspect Ratio Vessel (HARV) ruota lentamente (circa 25 giri/min) su un lato, in modo che i microbi che crescono nel mezzo liquido all'interno siano in caduta libera.

Dopo essere cresciuto per mille generazioni nell'HARV, molto più a lungo di qualsiasi precedente esperimento con i batteri, il ceppo MG1655 aveva superato il ceppo a gravità controllata, NCM520, di un fattore tre a uno. I ricercatori hanno dedotto che lo stress di trovarsi in un ambiente di microgravità aveva istigato un adattamento che ha aumentato la competitività del ceppo MG1655.

"Condurre questi studi sulla Terra simulando la microgravità è estremamente importante se vogliamo ottenere un quadro più completo della sopravvivenza microbica nello spazio, "dice Madhan Tirumalai, il ricercatore capo e un microbiologo presso l'Università di Houston.

Il team di Tirumalai voleva sapere se questo adattamento è avvenuto a livello genetico, o se fosse una risposta fisiologica al cambiamento di gravità. Per analogia, se una persona si sposta da un luogo freddo all'equatore, come si adatta al cambiamento di temperatura, e tornare a casa cancellerebbe quegli adattamenti? La cancellazione significherebbe che gli adattamenti sono fisiologici, non genetico.

I ricercatori hanno scoperto che il 72% del vantaggio adattivo del ceppo MG1655 è stato mantenuto dopo il suo ritorno alla gravità normale e la successiva crescita per altre 10 o 20 generazioni. I ricercatori hanno concluso che mentre alcuni dei cambiamenti erano fisiologici, quelli che sono rimasti quando sono tornati sulla Terra la gravità hanno avuto luogo a livello genetico e hanno dato al ceppo adattato alla microgravità un vantaggio rispetto al ceppo non adattato. Un esame più attento ha mostrato che 16 geni erano mutati in MG1655, compresi cinque geni legati alla formazione del biofilm:il surA, fimH, trkH, geni fhuA e ygfK.

I biofilm sono raccolte sottili di cellule che si collegano tra loro per consentire una migliore distribuzione delle risorse e aderenza alle superfici. Un maggiore tasso di formazione di biofilm è vantaggioso per la sopravvivenza batterica e questo adattamento alla microgravità sembra migliorare la capacità dei batteri di colonizzare le superfici negli ambienti spaziali. Sebbene la ricerca di Tirumalai abbia implicazioni per la capacità dei batteri di colonizzare la Stazione Spaziale Internazionale, altri ricercatori potrebbero ora iniziare a chiedersi se studi di adattamento simili potrebbero aiutare a esplorare la possibilità che i batteri possano sopravvivere in ambienti extraterrestri, come gli asteroidi, comete o piccole lune.

"Metti un organismo microbico in qualsiasi condizione di stress o in un nuovo tipo di ambiente e per un periodo di tempo inizierà a subire mutazioni in una direzione che lo aiuterà a ottenere una sorta di vantaggio di crescita per sopravvivere, "dice Tirumalai.

I risultati rappresentano una forma di "evoluzione sperimentale, "in cui l'evoluzione di un ceppo batterico è manipolata dagli ambienti sperimentali e dagli stress in cui è posto il batterio, afferma il microbiologo Robert McLean, un biologo della Texas State University che non era coinvolto nella ricerca di Tirumalai.

"Dal mio punto di vista, il significato di questi risultati è che alcune mutazioni precedentemente sconosciute si sono verificate nel ceppo di E. coli esposto alla microgravità, " dice McLean. "Questi rappresentano cambiamenti a lungo termine, che l'evoluzione sperimentale può verificare."

Rischi per la salute

Esiste anche una potenziale connessione tra la crescita dei biofilm e la virulenza dei batteri. Sebbene i ceppi di E. coli utilizzati nell'esperimento non fossero patogeni, l'insieme dei geni responsabili della formazione del biofilm nei ceppi patogeni è strettamente legato ai geni coinvolti nella patogenicità. I cambiamenti in un set di geni comporteranno cambiamenti nell'altro set.

"C'è una probabilità che i geni virulenti subiscano mutazioni e selezioni per rendere i ceppi più virulenti, "dice Tirumalai.

Un'ulteriore prova di ciò è il caso del ceppo patogeno Salmonella enterica sierotipo Typhimurium. Precedenti esperimenti condotti dal genetista James Wilson dell'Università di Villanova hanno mostrato che questo ceppo di salmonella diventava più virulento dopo l'esposizione alla microgravità.

"La formazione di biofilm è fondamentale non solo per la colonizzazione batterica, ma è anche legata alla virulenza batterica, "dice Tirumalai.

A parte le implicazioni astrobiologiche, i risultati potrebbero anche rivelare problemi per gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale o viaggi nello spazio profondo. I biofilm possono contaminare i sistemi di riciclaggio dell'acqua, mentre una maggiore virulenza potrebbe rappresentare un rischio per la salute degli astronauti. Però, resta da confermare se batteri come E. coli o Salmonella lo facciano, infatti, comportarsi in questo modo in un ambiente spaziale reale, o se la microgravità colpisce altri batteri in questo modo.

"Altri batteri e organismi possono fare qualcosa di completamente diverso, " avverte McLean.

Sopravvivere nello spazio

Supponendo che altri batteri agiscano come E. coli in condizioni di microgravità, questo potrebbe potenzialmente avere importanti conseguenze per l'astrobiologia. La teoria della panspermia suggerisce che il materiale biologico potrebbe essere trasferito tra i corpi planetari tramite asteroidi e detriti spaziali, ma richiederebbe ai microbi di prosperare durante lunghi periodi nello spazio. È possibile che la vita abbia scambiato la Terra con Marte e viceversa a seguito di enormi impatti che hanno inviato nello spazio detriti rocciosi pieni di microbi. McLean suggerisce che affinché la vita sopravviva a un tale viaggio, deve prima resistere al calore e all'energia dell'impatto iniziale che lo ha fatto saltare nello spazio, poi le condizioni estreme dello spazio interplanetario, e infine il calore e l'energia dell'ingresso nell'atmosfera e dell'impatto con il suolo su un nuovo pianeta.

McLean sottolinea che la sua ricerca mostra che i batteri possono sopravvivere al rientro e all'impatto. Il suo gruppo ha condotto un esperimento microbico per verificare se i biofilm potessero formarsi nello spazio a bordo dell'ultimo volo della navetta spaziale Columbia nel 2003 e ha scoperto che, miracolosamente, i batteri sono sopravvissuti alla distruzione della navetta spaziale. Al momento non è noto, però, se una maggiore formazione di biofilm nello spazio rafforzerebbe la probabilità che i microbi possano sopravvivere alle condizioni dello spazio.

"Non so se la crescita del biofilm farebbe la differenza o meno, "dice McLean, "ma sarebbe interessante testare."

Ulteriori esperimenti potrebbero aver luogo negli HARV sulla Terra, ma per confermare che i batteri si comportano davvero in modo simile nello spazio, Tirumalai crede che sia fondamentale portare questi test in orbita.

"Ora è molto importante condurre questi esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale e vedere come questi organismi rispondono alle condizioni dello spazio reale, "dice Tirumalai.

Dati i costi e le difficoltà nell'allestire esperimenti sulla stazione spaziale, accetta che questo potrebbe non accadere presto.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.