来自太空的变异体或许能解决抗生素短缺问题

若人类有朝一日真要向太空扩张，势必需要充分的理由。乐观主义者认为，探索欲本身便是驱动力。但纵观历史，更常见的往往是利益动机促使人类探寻新大陆。由此可以推断，我们若想真正开启太空殖民，必然需要商业层面的理由。威斯康星大学麦迪逊分校斯里瓦桑·拉曼实验室近期发表在《PLOS生物学》期刊上的一篇新论文，正揭示了这样一个潜在的商业案例——通过基因改造噬菌体来攻击耐药细菌。

利用严酷的太空环境作为基因改造的试验场并非新概念。然而，这篇论文却首次在实践层面验证了这一设想。这项实验最初于2020年9月启动，并得到了生物科技公司铑科科学的协助，该公司专门支持国际空间站上的科研项目。他们特制的低温小瓶可防止泄漏，并在发射过程中维持零下80摄氏度的储存温度。

不过，在实验被送上轨道之前，实验室已做了大量准备工作。他们选取了包含1660种预先改造的噬菌体变体的“基因库”，旨在观察哪些变体能在太空的“适者生存”竞赛中胜出。这种方法远比单纯等待太空环境（即便辐射水平更高）诱发随机变异更为直接。

作为对照，他们同时在地球上培养了相同的噬菌体与细菌组合，以比较两者在常规地球环境与微重力环境下进化博弈的结果。起初，一个显著差异显现出来：太空中的噬菌体消灭细菌所需时间要长得多。地球上的噬菌体仅用2至4小时便迅速清除了细菌，而太空中的噬菌体却未表现出活性增强的迹象。

这很可能是微重力环境所致——在太空中，不存在因温度或压力差等外力引起的对流或溶液流动。噬菌体只能依靠扩散过程接近目标，而这一过程要缓慢得多。但它们的“目标”也并非静止不动。

在太空中，实验所用的大肠杆菌承受着巨大压力。导致噬菌体移动缓慢的“无对流”环境，同样使得细菌细胞周围直接积聚起代谢废物。此外，原本通过对流输送的营养物质也变得难以获取。为适应此环境，细菌自身也发生了变异。

具体而言，它们修改了名为mlaA的基因，该基因负责将磷脂转运至细胞膜内侧。在太空中，该基因的突变导致磷脂翻转向细胞膜表面。由于噬菌体正是在表面与细菌发生相互作用，这一变化也迫使噬菌体调整攻击策略。

在地球上，竞争“胜出”的噬菌体表现出标准的进化特征，例如进化出带正电荷的尖端以吸附带负电的细菌。而在太空中，获胜的噬菌体在其用于附着细菌的受体结合蛋白内部形成了疏水性替换。论文指出，这可能使尾部纤维更具柔性或更稳定，从而使噬菌体得以附着在那些将磷脂翻转向外的“异常”细菌膜上。

更耐人寻味的是，当这些新变异的噬菌体被带回地球后，它们对引起尿路感染的细菌表现出特别强的杀伤力。尿路感染是全球最常见的感染类型之一，且具有极高的抗生素耐药性。值得注意的是，一直留在地球上的噬菌体变体却无法攻克这些耐抗生素的尿路感染“超级细菌”。

尽管这看似有违直觉，但研究人员认为，细菌在人体尿道中所经历的化学压力、营养限制等应激状态，某种程度上模拟了其太空同类所承受的环境。因此，它们进化出了相似的生存优势，却也恰好对太空中噬菌体所研发的攻击方式表现出脆弱性。

从商业角度看，这一发现前景广阔——若能开发出利用太空生物反应器培育“超级噬菌体”以杀灭地球上耐药细菌的方法，将催生价值数十亿美元的产业。但这仍处于早期阶段，此类系统的真正落地还需大量研究工作。而要实现规模化生产，则需要比国际空间站庞大得多的太空设施。

这能否成为促使商业航天真正腾飞的“杀手级应用”，仍有待观察。但至少，它揭示了长期敌对的双方在不同环境中进化博弈的微妙变化。希望有一天，我们能利用这些变化造福全人类。

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