میکروب‌هایی که برای مراقبت‌های بهداشتی، کشاورزی یا سایر کاربردها استفاده می‌شوند باید بتوانند در شرایط شدید و در حالت ایده‌آل فرآیندهای تولید مورد استفاده برای ساخت قرص‌هایی برای نگهداری طولانی‌مدت مقاومت کنند. محققان MIT اکنون روش جدیدی برای مقاوم کردن میکروب‌ها برای مقاومت در برابر این شرایط شدید ایجاد کرده‌اند.
روش آنها شامل مخلوط کردن باکتری ها با مواد افزودنی مواد غذایی و دارویی از لیستی از ترکیباتی است که FDA آنها را به عنوان “به طور کلی بی خطر” طبقه بندی می کند. محققان فرمول هایی را شناسایی کردند که به تثبیت انواع مختلف میکروب ها از جمله مخمر و باکتری کمک می کند و نشان داد که این فرمول ها می توانند در برابر دماهای بالا، تشعشعات و پردازش های صنعتی که می توانند به میکروب های محافظت نشده آسیب برسانند، مقاومت کنند.
در یک آزمایش حتی شدیدتر، برخی از میکروب‌ها اخیراً از سفر به ایستگاه فضایی بین‌المللی که توسط فیلیس فریلو، مدیر علم و تحقیقات مرکز فضایی هیوستون هماهنگ شده بود، بازگشتند و اکنون محققان در حال تجزیه و تحلیل هستند که میکروب‌ها چقدر توانسته‌اند مقاومت کنند. آن شرایط
“این پروژه در مورد تثبیت ارگانیسم ها برای شرایط شدید بود. جووانی تراورسو، دانشیار مهندسی مکانیک در MIT، متخصص گوارش در بیمارستان زنان و بریگهام و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: ما به طیف وسیعی از کاربردها فکر می‌کنیم، چه ماموریت‌های فضایی، چه کاربردهای انسانی یا اهداف کشاورزی. .
میگل خیمنز، دانشمند سابق MIT که اکنون استادیار مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه بوستون است، نویسنده اصلی این مقاله است. کاغذکه امروز در مواد طبیعی.
زنده ماندن در شرایط سخت
حدود شش سال پیش، با کمک مالی موسسه تحقیقاتی ترجمه ناسا برای سلامت فضایی (TRISH)، آزمایشگاه تراورسو شروع به کار بر روی رویکردهای جدید برای مقاوم‌تر کردن باکتری‌های مفید مانند پروبیوتیک‌ها و درمان‌های میکروبی کرد. به عنوان نقطه شروع، محققان 13 پروبیوتیک تجاری موجود را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که 6 مورد از این محصولات به اندازه ای که روی برچسب ذکر شده است، حاوی باکتری زنده نیستند.
تراورسو می‌گوید: «چیزی که ما دریافتیم این است که شاید تعجب آور نباشد، تفاوتی وجود دارد و می‌تواند قابل توجه باشد. “بنابراین سوال بعدی این بود که با توجه به این موضوع، چه کاری می توانیم برای کمک به وضعیت انجام دهیم؟”
برای آزمایشات خود، محققان چهار میکروب مختلف را برای تمرکز روی آنها انتخاب کردند: سه باکتری و یک مخمر. این میکروب ها هستند E. coli نیسل 1917، پروبیوتیک؛ انسیفر ملیلوتییک باکتری که می تواند نیتروژن را در خاک برای کمک به رشد گیاه تثبیت کند. لاکتوباسیلوس پلانتارومیک باکتری که برای تخمیر محصولات غذایی استفاده می شود. و مخمر ساکارومایسس بولاردیکه به عنوان پروبیوتیک نیز استفاده می شود.
هنگامی که میکروب ها برای کاربردهای پزشکی یا کشاورزی استفاده می شوند، معمولاً از طریق فرآیندی به نام لیوفیلیزاسیون به پودر تبدیل می شوند. با این حال، معمولا نمی توان آنها را به اشکال مفیدتری مانند قرص یا قرص تبدیل کرد، زیرا این فرآیند مستلزم قرار گرفتن در معرض یک حلال آلی است که می تواند برای باکتری ها سمی باشد. تیم MIT به دنبال یافتن افزودنی هایی بود که می تواند توانایی میکروب ها را برای زنده ماندن از این نوع پردازش بهبود بخشد.
تراورسو می‌گوید: «ما یک جریان کاری ایجاد کردیم که در آن می‌توانیم موادی را از فهرست مواد «به طور کلی ایمن» FDA بگیریم و آنها را با باکتری‌ها مخلوط و تطبیق دهیم و بپرسیم که آیا موادی وجود دارند که پایداری باکتری‌ها را در طول فرآیند لیوفیلیزاسیون افزایش می‌دهند؟
ساختار آنها به آنها اجازه می دهد تا میکروب ها را با یکی از حدود 100 ماده مختلف مخلوط کنند و سپس آنها را رشد دهند تا ببینند که کدامیک در دمای اتاق به مدت 30 روز نگهداری می شوند. این آزمایش‌ها مواد مختلفی را نشان می‌دهد، عمدتاً قندها و پپتیدها، که برای هر نوع میکروبی بهترین کار را دارند.
سپس محققان یکی از میکروب ها را انتخاب کردند، E. coli Nissle 1917، برای بهینه سازی بیشتر. این پروبیوتیک برای درمان «اسهال مسافرتی» استفاده می‌شود، وضعیتی که ناشی از نوشیدن آب آلوده به باکتری‌های مضر است. محققان دریافتند که اگر کافئین یا عصاره مخمر را با قندی به نام melibiose ترکیب کنند، می توانند فرمول بسیار پایداری از E. coli Nissle 1917. این مخلوط، که محققان آن را فرمول D نامیدند، پس از نگهداری میکروب ها به مدت شش ماه در دمای 37 درجه سانتیگراد، نرخ بقای بیش از 10 درصد را امکان پذیر کرد، در حالی که فرمولاسیون تجاری موجود E. coli Nissle 1917 تنها پس از 11 روز در این شرایط تمام قابلیت خود را از دست داد.
فرمول D همچنین قادر است سطوح بسیار بالاتری از تشعشعات یونیزان تا 1000 گرم را تحمل کند. (دوز معمولی تابش در زمین حدود 15 میکروگری در روز و در فضا حدود 200 میکروگری در روز است.)
محققان دقیقا نمی دانند که چگونه فرمولاسیون آنها از باکتری ها محافظت می کند، اما آنها فرض می کنند که مکمل ها ممکن است به تثبیت غشای سلولی باکتری در طول آبرسانی مجدد کمک کنند.
تست های استرس
سپس محققان نشان دادند که این میکروب ها نه تنها می توانند در شرایط سخت زنده بمانند، بلکه عملکرد خود را پس از این قرار گرفتن در معرض نیز حفظ می کنند. بعد از انسیفر ملیلوتی محققان دریافتند که در معرض دمای تا 50 درجه سانتیگراد قرار گرفتند، آنها هنوز هم قادر به ایجاد گره های همزیست روی ریشه گیاهان و تبدیل نیتروژن به آمونیاک هستند.
آنها همچنین دریافتند که فرمول آنها از E. coli Nissle 1917 توانست از رشد جلوگیری کند شیگلا فلکسنریکی از علل اصلی مرگ و میر ناشی از اسهال در کشورهای با درآمد کم و متوسط، زمانی که میکروب ها با هم در یک ظرف آزمایشگاهی رشد کردند.
سال گذشته، چندین گونه از این میکروب‌های افراطی به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده شد که جیمنز آن را “آزمون استرس نهایی” توصیف کرد.
او می‌گوید: «حتی تحویل به زمین برای تأیید اعتبار قبل از پرواز و ذخیره‌سازی در پرواز بخشی از این آزمایش است، بدون کنترل دما در طول مسیر».
این نمونه‌ها اخیراً به زمین بازگشتند و آزمایشگاه جیمنز اکنون در حال تجزیه و تحلیل آنها است. او قصد دارد نمونه هایی را که در داخل ایستگاه فضایی بین المللی نگهداری می شدند با نمونه هایی که به بیرون ایستگاه متصل شده بودند و همچنین نمونه های کنترلی که روی زمین باقی مانده بودند مقایسه کند.
این کار یک رویکرد امیدوارکننده برای بهبود پایداری پروبیوتیک‌ها و/یا میکروب‌های اصلاح‌شده ژنتیکی در محیط‌های شدید مانند فضا ارائه می‌دهد که می‌تواند در ماموریت‌های فضایی آینده برای کمک به حفظ سلامت فضانوردان یا ارتقای پایداری، مانند ارتقای سلامتی‌تر، استفاده شود. کامیلا اوربانیاک، محقق آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: و گیاهان انعطاف‌پذیرتر برای تولید غذا.
این تحقیق توسط موسسه تحقیقات ترجمه ناسا برای سلامت فضایی، مرکز فضایی هیوستون، دپارتمان مهندسی مکانیک MIT، و 711 Human Performance Wing و آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی تامین شده است.
سایر نویسندگان مقاله عبارتند از: Johanna L’Heurre، Emily Colaia، Gary Liu، Kyle Martin، Husna Ellis، Alfred Dao، Margaret Yang، Zachary Villaverde، Afeefa Hazi-Sayed، Chinhao Cao، Niora Fabian، Joshua Jenkins، Nina Christinad, Nina Christinad, کاراوسیلی، بنجامین مولر و جیمز برن.
