Uno strumento attualmente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale potrebbe far crescere batteri E.coli nello spazio, aprendo una nuova strada alla bioproduzione di farmaci durante i voli spaziali a lungo termine. Ricerca pubblicata oggi in Microgravità della natura ha utilizzato un simulatore terrestre dello strumento della stazione spaziale per coltivare E.coli, dimostrando che può essere coltivato con metodi che promettono di essere più adatti ai viaggi spaziali rispetto alle alternative esistenti.

"Se riusciamo a far crescere bene i microrganismi nello spazio, gli astronauti possono usarli per produrre prodotti farmaceutici su richiesta. Questo potrebbe essere vitale per la sopravvivenza in lunghe missioni in cui il rifornimento non è un'opzione", ha affermato Richard Bonocora, autore senior e membro di facoltà nel Dipartimento di Scienze Biologiche del Rensselaer Polytechnic Institute. "Qui ci stavamo chiedendo:'C'è un modo migliore per coltivare microrganismi che quello che viene attualmente utilizzato è lo spazio?' E quello che troviamo è che, con la forza di taglio, sì, probabilmente c'è."

Con risultati promettenti, il team spera di condurre un esperimento simile a bordo della stazione spaziale. E mentre iniziano con E.coli, il cavallo di battaglia della biologia molecolare, il team spera di utilizzare lo strumento per coltivare microrganismi con resistenza alle radiazioni, che potrebbe proteggere i prodotti farmaceutici in via di sviluppo dalle radiazioni sempre presenti dello spazio mentre vengono prodotti.

I batteri come E.coli hanno bisogno di ossigeno per crescere, e il metodo gold standard per aerare i batteri in un mezzo di crescita liquido utilizza un agitatore orbitale, una macchina che scuote orizzontalmente una piattaforma sulla quale possono essere stivati ​​i recipienti contenenti il ​​liquido. L'agitatore si basa sulla forza di gravità per far ruotare il contenuto liquido, che salgono e scendono in un fiasco, miscelando l'ossigeno con il liquido.

Ma Bonocora e il suo gruppo di ricerca ritengono che uno strumento inviato alla stazione spaziale a luglio, Il 2019 potrebbe fare un lavoro migliore. Ispirato dalla ricerca del professor Rensselaer Amir Hirsa, lo strumento costruito dalla NASA utilizza la forza di taglio, la forza creata al confine di due corpi che spingono in direzioni opposte l'uno dall'altro, simile a quello che si verifica alle linee di faglia tra le placche tettoniche. Lo strumento utilizza una siringa per erogare una goccia di liquido che forma una bolla. Un lato della bolla aderisce a un anello fisso, mentre l'altro lato aderisce ad un sottile anello che può ruotare. L'anello rotante crea una forza di taglio sulla superficie della bolla, vorticando il suo contenuto.

Lo strumento di taglio è attualmente utilizzato per eseguire gli esperimenti di Hirsa che studiano gli effetti dello sforzo di taglio sulle fibrille amiloidi, gruppi di proteine ​​​​collegate a malattie neurodegenerative come il diabete, Alzheimer, e Parkinson.

Sulla terra, Bonocora ha usato un viscosimetro a lama di coltello, uno strumento progettato dal gruppo di Hirsa, in cui la punta di un tubo metallico ruota —simile all'anello rotante nello strumento spaziale— sulla superficie del liquido in un piatto per simulare la forza di taglio. L'esperimento ha testato la crescita dei batteri quando aerati dal viscosimetro a lama di coltello e da un agitatore orbitale, con entrambi gli strumenti utilizzati a varie velocità.

A velocità più elevate, i batteri aerati dal viscosimetro a lama di coltello hanno mostrato tassi di crescita vicini a quelli dell'agitatore orbitale. Anche a velocità inferiori la forza di taglio ha prodotto una crescita significativamente maggiore rispetto ai campioni di batteri che non sono stati aerati meccanicamente.

"Questo è un modo praticabile per far crescere i microrganismi. Stiamo iniziando un nuovo percorso, e ora dobbiamo pensare a un ambiente più reale, come sulla stazione spaziale, " disse Bonocora.

"La produzione farmaceutica spaziale è una componente fondamentale dei nostri sforzi per inviare in sicurezza gli esseri umani più in profondità nel sistema solare. Questa ricerca è fondamentale per questo obiettivo, " disse Curt Breneman, preside della Scuola di Scienze. "La proficua collaborazione tra i team di Rick e Amir parla dei nostri legami di lunga data con l'esplorazione dello spazio, ed è uno dei tanti esempi della cultura dei "muri bassi" della ricerca interdisciplinare che siamo orgogliosi di coltivare a Rensselaer."