微重力环境重塑细菌病毒共进化——国际空间站实验揭示太空中噬菌体与大肠杆菌的演化路径与地球显著不同

美国威斯康星大学麦迪逊分校，2026年1月

噬菌体在微重力环境中仍能感染大肠杆菌，但感染速率延迟，病毒与细菌的遗传变异路径与地球完全不同。

微重力条件下，噬菌体逐步积累增强感染力或提升受体结合能力的突变；与之对应的细菌则出现抵御噬菌体并适应低重力环境的突变。

通过深度变异扫描技术进一步解析噬菌体受体结合蛋白，发现微重力诱导的结构变异能显著提升噬菌体对常规抗药性尿路感染菌株的杀伤效力。

“在太空中，噬菌体与细菌的互动发生根本改变：感染被延迟，双方沿不同进化轨迹前行。” – 费利克斯·胡斯（Phil Huss）博士，威斯康星大学麦迪逊分校 “通过研究太空驱动的适应机制，我们识别了新的生物学洞见，并在地球上工程改造噬菌体，显著提升其对耐药病原体的杀伤活性。”

噬菌体（phages）是感染细菌的病毒，是微生物生态系统的重要调节者。

在地球上，噬菌体与细菌常处于“进化 arms race”状态，双方不断进化新的防御与攻击机制。

微重力环境会改变细菌代谢、结构及病毒与细菌碰撞的物理规律，从而可能破坏传统的感染与抵抗动力学。

实验设置

选择两组大肠杆菌样本，分别在地球与国际空间站（ISS）孵育，并用已知噬菌体 T7 感染。

全基因组测序

比较两组样本中的病毒与细菌突变，评估微重力与重力条件下的遗传差异。

深度变异扫描（Deep Mutational Scanning）

高通量方法针对噬菌体受体结合蛋白进行变异解析，评估其对细菌受体的结合与感染能力。

地球进一步实验

将ISS环境下的受体结合蛋白突变移植至地球噬菌体，测试其对尿路感染常见耐药菌株的杀伤效果。

现象

地球

微重力（ISS）

感染延迟

立即

产生初期延迟后才感染

噬菌体突变

低速

逐步出现提高感染力/受体结合突变

细菌突变

少量

产生抵御噬菌体及适应低重力突变

受体结合蛋白结构

无显著变化

产生结构变异，提升对耐药菌株的活性

太空生物学：ISS 噬菌体实验为了解微重力条件下微生物适应提供新视角，推动空间生态学研究。

人类健康：利用微重力诱导的受体结合蛋白变异可指导噬菌体疗法的改造，为抗药性病原体提供新的治疗方案。

航天医学：太空中细菌及病毒的共进化可能影响航天器内微生物安全管理。

作者国家：美国

资助机构：

美国国防威胁缓解局（Defense Threat Reduction Agency, DTRA）

奖助编号：HDTRA1‑16‑1‑0049，受益者：S.R.

以色列安南达马阿提（Anandamahidol Foundation, Thailand）研究生奖学金支持

勇编撰自论文"Microgravity reshapes bacteriophage–host coevolution aboard the International Space Station".PLOS Biology.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。