Νέα μέθοδος που μπορεί να διευκολύνει την αξιοποίηση των πλεονεκτημάτων των μικροοργανισμών που χρησιμοποιούνται ως φάρμακα και στη γεωργία.
Τα μικρόβια που χρησιμοποιούνται για την υγεία, τη γεωργία ή άλλες εφαρμογές πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν σε ακραίες συνθήκες και ιδανικά στις διαδικασίες παραγωγής που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή δισκίων για μακροχρόνια αποθήκευση.
Ερευνητές του ΜΙΤ ανέπτυξαν τώρα έναν νέο τρόπο για να κάνουν τα μικρόβια αρκετά ανθεκτικά ώστε να αντέχουν σε αυτές τις ακραίες συνθήκες. Η μελέτη αυτή δημοσιεύτηκε στο Nature Materials.
Η μέθοδός τους περιλαμβάνει την ανάμειξη βακτηρίων με πρόσθετα τροφίμων και φαρμάκων από έναν κατάλογο ενώσεων που ο FDA κατατάσσει ως “γενικά θεωρούμενα ασφαλή”. Οι ερευνητές εντόπισαν σκευάσματα που βοηθούν στη σταθεροποίηση διαφόρων τύπων μικροβίων, συμπεριλαμβανομένων των ζυμομυκήτων και των βακτηρίων, και έδειξαν ότι τα σκευάσματα αυτά μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες, ακτινοβολία και βιομηχανική επεξεργασία που μπορούν να βλάψουν τα απροστάτευτα μικρόβια.
Το ταξίδι στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό
Σε μια ακόμη πιο ακραία δοκιμή, ορισμένα από τα μικρόβια επέστρεψαν πρόσφατα από ένα ταξίδι στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Πριν από περίπου έξι χρόνια, με χρηματοδότηση από το Translational Research Institute for Space Health (TRISH) της NASA, το εργαστήριο του Traverso άρχισε να εργάζεται πάνω σε νέες προσεγγίσεις για να κάνει τα χρήσιμα βακτήρια, όπως τα προβιοτικά και τα μικροβιακά θεραπευτικά, πιο ανθεκτικά. Ως σημείο εκκίνησης, οι ερευνητές ανέλυσαν 13 εμπορικά διαθέσιμα προβιοτικά και διαπίστωσαν ότι έξι από αυτά τα προϊόντα δεν περιείχαν τόσα ζωντανά βακτήρια όσα αναγράφονταν στην ετικέτα.
Για τα πειράματά τους, οι ερευνητές επέλεξαν τέσσερα διαφορετικά μικρόβια για να εστιάσουν. Το Escherichia coli Nissle 1917, ένα προβιοτικό- το Ensifer meliloti, ένα βακτήριο που μπορεί να δεσμεύσει άζωτο στο έδαφος για να υποστηρίξει την ανάπτυξη των φυτών- το Lactobacillus plantarum, ένα βακτήριο που χρησιμοποιείται για τη ζύμωση τροφίμων- και η μαγιά Saccharomyces boulardii, η οποία χρησιμοποιείται επίσης ως προβιοτικό.
Όταν τα μικρόβια χρησιμοποιούνται για ιατρικές ή γεωργικές εφαρμογές, συνήθως αποξηραίνονται σε σκόνη μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται λυοφιλοποίηση. Ωστόσο, συνήθως δεν μπορούν να μετατραπούν σε πιο χρήσιμες μορφές, όπως ένα δισκίο ή ένα χάπι, επειδή η διαδικασία αυτή απαιτεί έκθεση σε οργανικό διαλύτη, ο οποίος μπορεί να είναι τοξικός για τα βακτήρια. Η ομάδα του ΜΙΤ ξεκίνησε να βρει πρόσθετα που θα μπορούσαν να βελτιώσουν την ικανότητα των μικροβίων να επιβιώνουν σε αυτού του είδους την επεξεργασία.
Η εγκατάστασή τους τους επιτρέπει να αναμειγνύουν μικρόβια με ένα από περίπου 100 διαφορετικά συστατικά και στη συνέχεια να τα αναπτύσσουν για να δουν ποια επιβιώνουν καλύτερα όταν αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου για 30 ημέρες. Τα πειράματα αυτά αποκάλυψαν διαφορετικά συστατικά, κυρίως σάκχαρα και πεπτίδια, που λειτούργησαν καλύτερα για κάθε είδος μικροβίου.
Στη συνέχεια οι ερευνητές επέλεξαν ένα από τα μικρόβια, το E. coli Nissle 1917, για περαιτέρω βελτιστοποίηση. Αυτό το προβιοτικό έχει χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία της “διάρροιας των ταξιδιωτών”, μιας κατάστασης που προκαλείται από την κατανάλωση νερού μολυσμένου με επιβλαβή βακτήρια.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αν συνδύαζαν καφεΐνη ή εκχύλισμα μαγιάς με ένα σάκχαρο που ονομάζεται μελιβιόζη, μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα πολύ σταθερό σκεύασμα του E. coli Nissle 1917. Αυτό το μείγμα, το οποίο οι ερευνητές ονόμασαν σκεύασμα D, επέτρεψε ποσοστά επιβίωσης μεγαλύτερα από 10% μετά την αποθήκευση των μικροβίων για έξι μήνες στους 37 βαθμούς Κελσίου, ενώ ένα εμπορικά διαθέσιμο σκεύασμα του E. coli Nissle 1917 έχασε όλη τη βιωσιμότητά του μετά από μόλις 11 ημέρες σε αυτές τις συνθήκες.
Το σκεύασμα D ήταν επίσης σε θέση να αντέξει πολύ υψηλότερα επίπεδα ιονίζουσας ακτινοβολίας, έως και 1.000 γκρέι. (Η τυπική δόση ακτινοβολίας στη Γη είναι περίπου 15 μικρογκρέι ημερησίως, ενώ στο διάστημα είναι περίπου 200 μικρογκρέι ημερησίως).
Δεν είναι γνωστό πώς τα σκευάσματά προστατεύουν τα βακτήρια, αλλά υπάρχει η υπόθεση ότι τα πρόσθετα μπορεί να βοηθούν στη σταθεροποίηση των βακτηριακών κυτταρικών μεμβρανών κατά την επανυδάτωση.
Οι ερευνητές έδειξαν στη συνέχεια ότι αυτά τα μικρόβια μπορούν όχι μόνο να επιβιώσουν σε σκληρές συνθήκες, αλλά και να διατηρήσουν τη λειτουργία τους μετά από αυτές τις εκθέσεις. Μετά την έκθεση του Ensifer meliloti σε θερμοκρασίες έως και 50 βαθμούς Κελσίου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι εξακολουθούσαν να είναι σε θέση να σχηματίζουν συμβιωτικούς κόμβους στις ρίζες των φυτών και να μετατρέπουν το άζωτο σε αμμωνία.
Διαπίστωσαν επίσης ότι το σκεύασμά τους από το E. coli Nissle 1917 ήταν σε θέση να εμποδίσει την ανάπτυξη του Shigellaflexneri, μιας από τις κύριες αιτίες θανάτων από διάρροια σε χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος, όταν τα μικρόβια αναπτύχθηκαν μαζί σε ένα εργαστηριακό πιάτο.
Ακολουθήστε το Cibum 
