Investigadores del MIT colaborarán con colegas de la Universidad de Colorado en Boulder en un experimento programado para ser enviado a la Estación Espacial Internacional (ISS) el 2 de noviembre. El experimento busca formas de abordar la formación de biopelículas en superficies dentro la estación espacial. Estas comunidades de bacterias u hongos difíciles de matar pueden causar fallas en el equipo y enfermar a los astronautas. MIT News pidió a la profesora de ingeniería mecánica Kripa Varanasi y a la estudiante de doctorado Samantha McBride que describieran los experimentos planificados y sus objetivos.

P:Para empezar, cuéntenos sobre el problema que esta investigación pretende abordar.

Varanasi:las biopelículas crecen en las superficies de las estaciones espaciales, que inicialmente fue una sorpresa para mí. ¿Por qué crecerían en el espacio? Pero es un problema que puede poner en peligro el equipo clave:trajes espaciales, unidades de reciclaje de agua, radiadores ventanas de navegación, y así sucesivamente, y también puede provocar enfermedades humanas. Por lo tanto, debe entenderse y caracterizarse, especialmente para misiones espaciales de larga duración.

En algunas de las primeras misiones de la estación espacial como Mir y Skylab, había astronautas que se estaban enfermando en el espacio. No sé si podemos decir con certeza que se debe a estas biopelículas, pero sabemos que ha habido fallas en el equipo debido al crecimiento de biopelículas, como válvulas obstruidas.

En el pasado, se han realizado estudios que muestran que las biopelículas en realidad crecen y se acumulan más en el espacio que en la Tierra. lo cual es algo sorprendente. Crecen más gruesos; tienen diferentes formas. El objetivo de este proyecto es estudiar cómo crecen las biopelículas en el espacio. ¿Por qué obtienen todas estas morfologías diferentes? Esencialmente, es la ausencia de gravedad y probablemente otras fuerzas impulsoras, convección por ejemplo.

También queremos pensar en enfoques de remediación. ¿Cómo podrías solucionar este problema? En nuestra colaboración actual con Luis Zea en UC Boulder, estamos analizando el crecimiento de biopelículas en sustratos diseñados en presencia y ausencia de gravedad. Hacemos diferentes superficies para que crezcan estas biopelículas, y aplicamos algunas de nuestras tecnologías desarrolladas en este laboratorio, incluidas las superficies impregnadas de líquido [LIS] y las superficies nanotexturizadas superhidrófobas, y observamos cómo crecen las biopelículas en ellos. Descubrimos que después de un año de experimentos, aquí en la tierra, las superficies LIS funcionaron realmente bien:no hubo crecimiento de biopelículas, en comparación con muchos otros sustratos de última generación.

P:Entonces, ¿qué buscará en este nuevo experimento que se volará en la ISS?

McBride:Hay indicios de que las bacterias podrían aumentar su virulencia en el espacio, por lo que es más probable que los astronautas se enfermen. Esto es interesante porque, por lo general, cuando piensas en bacterias, estás pensando en algo que es tan pequeño que la gravedad no debería jugar un papel tan importante.

El grupo de la profesora Cynthia Collin en RPI [Instituto Politécnico Rensselaer] hizo un experimento anterior en la ISS que muestra que cuando se tiene una gravedad normal, las bacterias pueden moverse y formar estas formas parecidas a hongos, versus en microgravedad, las bacterias móviles forman este tipo de forma de dosel de biopelícula. Así que básicamente, ya no están tan restringidos y pueden comenzar a crecer hacia afuera en esta morfología inusual.

Nuestro trabajo actual es una colaboración con UC Boulder y Luis Zea como investigador principal. Así que ahora, en lugar de solo ver cómo las bacterias responden a la microgravedad frente a la gravedad en la Tierra, también estamos viendo cómo crecen en diferentes sustratos de ingeniería. Y también, más fundamentalmente, podemos ver por qué las biopelículas de bacterias se forman de la forma en que lo hacen en la Tierra, simplemente quitando esa variable de tener la gravedad.

Hay dos experimentos diferentes, uno con biopelículas bacterianas y otro con biopelículas fúngicas. Zea y su grupo han estado cultivando estos organismos en un medio de prueba en presencia de esas superficies, y luego caracterizarlos por la masa de biopelícula, el grosor, morfología, y luego la expresión génica. Estas muestras ahora se enviarán a la estación espacial para ver cómo crecen allí.

P:De acuerdo con las pruebas anteriores, ¿Qué esperas ver cuando las muestras regresen a la Tierra después de dos meses?

Varanasi:Lo que hemos encontrado hasta ahora es que, curiosamente, una gran cantidad de biomasa crece en superficies superhidrofóbicas, que generalmente se piensa que es antiincrustante. A diferencia de, en las superficies impregnadas de líquido, la tecnología detrás de Liquiglide, básicamente no hubo crecimiento de biomasa. Esto produjo el mismo resultado que el control negativo, donde no había bacterias.

También hicimos algunas pruebas de control para confirmar que el aceite usado en las superficies impregnadas de líquido no es biocida. Entonces no solo estamos matando las bacterias, en realidad, simplemente no se adhieren al sustrato, y no están creciendo allí.

McBride:para las superficies LIS, veremos si se forman biopelículas en ellos o no. Creo que ambos resultados serían realmente interesantes. Si las biopelículas crecen en estas superficies en el espacio, pero no en el suelo, Creo que eso nos va a decir algo muy interesante sobre el comportamiento de estos organismos. Y por supuesto, si no se forman biopelículas y las superficies previenen la formación como lo hacen en el suelo, entonces eso también es genial, porque ahora tenemos un mecanismo para prevenir la formación de biopelículas en algunos de los equipos de la estación espacial.

Así que estaríamos contentos con cualquiera de los resultados, pero si el LIS funciona tan bien como lo hizo en el terreno, Creo que tendrá un gran impacto en las misiones futuras en términos de prevenir las biopelículas y no enfermar a la gente.

Fundamentalmente, desde un punto de vista científico, queremos comprender el crecimiento de estas películas y comprender todos los aspectos biomecánicos, biofísico, y mecanismos bioquímicos detrás del crecimiento. Añadiendo la morfología de la superficie, textura, y otras propiedades como las superficies impregnadas de líquido, podemos ver nuevos fenómenos en el crecimiento y evolución de estas películas, y tal vez llegar a una solución para solucionar el problema.

Varanasi:Y eso puede llevar al diseño de nuevos equipos o incluso trajes espaciales que tengan estas características. Por eso creo que nos gustaría aprender de esto y luego proponer soluciones.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.