Un instrumento que se encuentra actualmente a bordo de la Estación Espacial Internacional podría hacer crecer la bacteria E. coli en el espacio, abriendo un nuevo camino hacia la fabricación de medicamentos biológicos durante los vuelos espaciales a largo plazo. Investigación publicada hoy en Microgravedad de la naturaleza usó un simulador terrestre del instrumento de la estación espacial para cultivar E. coli, demostrando que se puede nutrir con métodos que prometen ser más adecuados para los viajes espaciales que las alternativas existentes.

"Si conseguimos que los microorganismos crezcan bien en el espacio, los astronautas pueden utilizarlos para fabricar productos farmacéuticos a pedido. Esto podría ser vital para la supervivencia en misiones largas donde el reabastecimiento no es una opción ", dijo Richard Bonocora, autor principal y miembro de la facultad del Departamento de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Rensselaer. "Aquí estábamos preguntando:'¿Hay una mejor manera de cultivar microorganismos que lo que se está utilizando actualmente es el espacio?' Y lo que encontramos es que —con fuerza cortante— sí, es probable que lo haya ".

Con resultados prometedores, el equipo espera realizar un experimento similar a bordo de la estación espacial. Y mientras comienzan con E. coli, el caballo de batalla de la biología molecular, el equipo espera eventualmente usar el instrumento para cultivar microorganismos con resistencia a la radiación, lo que podría proteger a los productos farmacéuticos en desarrollo de la radiación siempre presente del espacio a medida que se producen.

Las bacterias como E. coli necesitan oxígeno para crecer. y el método estándar de oro para airear bacterias en un medio de crecimiento líquido utiliza un agitador orbital, una máquina que sacude horizontalmente una plataforma en la que se pueden estibar los recipientes que contienen el líquido. El agitador se basa en la fuerza de la gravedad para hacer girar el contenido líquido, que suben y bajan dentro de un frasco, mezclar oxígeno con el líquido.

Pero Bonocora y su equipo de investigación creen que un instrumento enviado a la estación espacial en julio, 2019 podría hacer un mejor trabajo. Inspirado por la investigación del profesor de Rensselaer Amir Hirsa, el instrumento construido por la NASA utiliza fuerza de corte, la fuerza creada en el límite de dos cuerpos que empujan en direcciones opuestas entre sí, similar a lo que ocurre en las fallas entre placas tectónicas. El instrumento utiliza una jeringa para dispensar una gota de líquido que forma una burbuja. Un lado de la burbuja se adhiere a un anillo estacionario, mientras que el otro lado se adhiere a un anillo delgado que puede girar. El anillo giratorio crea una fuerza de corte en la superficie de la burbuja, girando su contenido.

El instrumento de cizallamiento se está utilizando actualmente para llevar a cabo los experimentos de Hirsa que estudian los efectos del esfuerzo cortante en las fibrillas amiloides. grupos de proteínas que están relacionadas con enfermedades neurodegenerativas como la diabetes, Alzheimer y Parkinson.

En la tierra, Bonocora usó un viscosímetro de filo de cuchillo, un instrumento diseñado por el grupo de Hirsa, en el que la punta de un tubo de metal gira, similar al anillo giratorio del instrumento espacial, en la superficie del líquido en un plato para simular la fuerza de cizallamiento. El experimento probó qué tan bien crecían las bacterias cuando se aireaban con un viscosímetro de filo de cuchillo y un agitador orbital. con ambos instrumentos utilizados a varias velocidades.

A velocidades más altas, las bacterias aireadas por el viscosímetro de filo de cuchillo mostraron tasas de crecimiento cercanas a las del agitador orbital. Incluso a velocidades más bajas, la fuerza de cizallamiento produjo un crecimiento significativamente mayor que las muestras de bacterias que no fueron aireadas mecánicamente.

"Esta es una forma viable de cultivar microorganismos. Estamos comenzando en un nuevo camino, y ahora tenemos que pensar en un entorno más real, como en la estación espacial, "dijo Bonocora.

"La fabricación de productos farmacéuticos basados ​​en el espacio es un componente fundamental de nuestros esfuerzos para enviar de forma segura a los seres humanos a las profundidades del sistema solar. Esta investigación es fundamental para ese objetivo, "dijo Curt Breneman, decano de la Facultad de Ciencias. "La exitosa colaboración entre los equipos de Rick y Amir habla de nuestros lazos de larga data con la exploración espacial, y es uno de los muchos ejemplos de la cultura de los 'muros bajos' para la investigación interdisciplinaria que estamos orgullosos de fomentar en Rensselaer ".