Mikrobi koji se koriste za zdravstvenu, poljoprivrednu ili druge svrhe moraju biti u stanju da izdrže ekstremne uslove, a idealno i proizvodne procese koji se koriste za pravljenje tableta za dugotrajno skladištenje. Istraživači sa MIT-a su sada razvili novi način da mikrobi učine dovoljno otpornim da izdrže ove ekstremne uslove.
Njihov metod uključuje mešanje bakterija sa aditivima za hranu i lekove sa liste jedinjenja koja FDA klasifikuje kao „uopšteno smatrana bezbednim“. Istraživači su identifikovali formulacije koje pomažu u stabilizaciji nekoliko različitih vrsta mikroba, uključujući kvasac i bakterije, i pokazali su da ove formulacije mogu da izdrže visoke temperature, zračenje i industrijsku obradu koja može oštetiti nezaštićene mikrobe.
U još ekstremnijem testu, neki od mikroba su se nedavno vratili sa putovanja na Međunarodnu svemirsku stanicu, kojim je koordinirala menadžerka za nauku i istraživanje svemirskog centra u Hjustonu Filis Frilo, a istraživači sada analiziraju koliko su mikrobi bili u stanju da to izdrže. Uslovi.
„Ovaj projekat je bio o stabilizaciji organizama za ekstremne uslove. Zaista razmišljamo o širokom skupu aplikacija, bilo da se radi o misijama u svemiru, ljudskim primenama ili upotrebi u poljoprivredi“, kaže Đovani Traverso, vanredni profesor mašinstva na MIT, gastroenterolog u Brigham i Ženskoj bolnici, i viši autor studije.
Migel Himenez, bivši naučnik MIT-a, koji je sada docent za biomedicinsko inženjerstvo na Univerzitetu u Bostonu, glavni je autor rada, koji se pojavljuje u Nature Materials.
Pre otprilike šest godina, Traversova laboratorija počela je da radi na novim pristupima kako bi korisne bakterije kao što su probiotici i mikrobiološki terapeutici učinili otpornijim. Kao polaznu tačku, istraživači su analizirali 13 komercijalno dostupnih probiotika i otkrili da šest od ovih proizvoda ne sadrži onoliko živih bakterija koliko je naznačeno na etiketi.
„Ono što smo otkrili je da – možda i nije iznenađujuće – postoji razlika i može biti značajna“, kaže Traverso. „Dakle, sledeće pitanje je bilo, s obzirom na ovo, šta možemo učiniti da pomognemo ovoj situaciji?“
Za svoje eksperimente, istraživači su odabrali četiri različita mikroba na koje će se fokusirati: tri bakterije i jedan kvasac. Ovi mikrobi su Escherichia coli Nissle 1917, probiotik; Ensifer meliloti, bakterija koja može da fiksira azot u zemljištu kako bi podržala rast biljaka; Lactobacillus plantarum, bakterija koja se koristi za fermentaciju prehrambenih proizvoda; i kvasac Saccharomices boulardii, koji se takođe koristi kao probiotik.
Kada se mikrobi koriste za medicinsku ili poljoprivrednu primenu, obično se suše u prah kroz proces koji se naziva liofilizacija. Međutim, oni se normalno ne mogu pretvoriti u korisnije oblike kao što su tablete ili pilule jer ovaj proces zahteva izlaganje organskom rastvaraču, koji može biti toksičan za bakterije. Tim MIT-a je krenuo da pronađe aditive koji bi mogli da poboljšaju sposobnost mikroba da prežive ovu vrstu obrade.
„Razvili smo radni tok u kome možemo da uzmemo materijale sa liste materijala koji se „uopšteno smatraju bezbednim“ od FDA, i da ih pomešamo i uparimo sa bakterijama i pitamo da li postoje sastojci koji poboljšavaju stabilnost bakterija tokom procesa liofilizacije?“ Traverso kaže.
Njihova postavka im omogućava da mešaju mikrobe sa jednim od oko 100 različitih sastojaka, a zatim ih uzgajaju da vide koji će najbolje preživeti kada se čuvaju na sobnoj temperaturi 30 dana. Ovi eksperimenti su otkrili različite sastojke, uglavnom šećere i peptide, koji su najbolje funkcionisali za svaku vrstu mikroba.
Istraživači su zatim odabrali jedan od mikroba, E. coli Nissle 1917, za dalju optimizaciju. Ovaj probiotik je korišćen za lečenje „putničke dijareje“, stanja izazvanog vodom za piće kontaminiranom štetnim bakterijama. Istraživači su otkrili da ako kombinuju kofein ili ekstrakt kvasca sa šećerom koji se zove melibioza, mogu stvoriti veoma stabilnu formulaciju E. coli Nissle 1917.
Ova mešavina, koju su istraživači nazvali formulacijom D, omogućila je stope preživljavanja veće od 10% nakon što su mikrobi čuvani šest meseci na 37 stepeni Celzijusa, dok je komercijalno dostupna formulacija E. coli Nissle 1917 izgubila svu održivost nakon samo 11 dana pod tim Uslovi.
Formulacija D je takođe bila u stanju da izdrži mnogo više nivoe jonizujućeg zračenja, do 1.000 sivih. (Tipična doza zračenja na Zemlji je oko 15 mikrosiva dnevno, a u svemiru je oko 200 mikrosiva dnevno.)
Istraživači ne znaju tačno kako njihove formulacije štite bakterije, ali pretpostavljaju da aditivi mogu pomoći da se stabilizuju ćelijske membrane bakterija tokom rehidracije.
Istraživači su tada pokazali da ovi mikrobi ne samo da mogu da prežive teške uslove, već i da održavaju svoju funkciju nakon ovih izloženosti. Nakon što su Ensifer meliloti bili izloženi temperaturama do 50 stepeni Celzijusa, istraživači su otkrili da su i dalje u stanju da formiraju simbiotske nodule na korenima biljaka i pretvaraju azot u amonijak.
Takođe su otkrili da je njihova formulacija E. coli Nissle 1917 bila u stanju da inhibira rast Shigella flekneri, jednog od vodećih uzroka smrti povezanih sa dijarejom u zemljama sa niskim i srednjim prihodima, kada su mikrobi uzgajani zajedno u laboratoriji. jelo.
Prošle godine, nekoliko sojeva ovih ekstremofilnih mikroba poslato je na Međunarodnu svemirsku stanicu, koju Himenez opisuje kao „vrhunski stres test“.
„Čak i samo isporuka na Zemlji do validacije pre leta i skladištenje do leta su deo ovog testa, bez kontrole temperature na putu“, kaže on.
Uzorci su se nedavno vratili na Zemlju, a Himenezova laboratorija ih sada analizira. On planira da uporedi uzorke koji su čuvani unutar ISS-a sa drugima koji su pričvršćeni za spoljnu stranu stanice, kao i kontrolne uzorke koji su ostali na Zemlji.
