کشف روش جدید حفاظت از میکروب ها در برابر شرایط سخت

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، مهندسان MIT راهی برای محافظت از میکروب ها در برابر شرایط سخت پیدا می کنند.

این روش با کمک به میکروب ها برای مقاومت در برابر پردازش صنعتی، بهره گیری از مزایای میکروارگانیسم های مورد استفاده به عنوان دارو و کشاورزی را آسان تر می کند.

میکروب هایی که برای مصارف بهداشتی، کشاورزی یا سایر کاربردها استفاده می شوند باید بتوانند در شرایط شدید مقاومت کنند و در حالت ایده آل، فرآیندهای تولیدی که برای ساخت قرص ها برای نگهداری طولانی مدت استفاده می شود، باشند. محققان MIT اکنون روش جدیدی برای مقاوم ساختن میکروب ها برای مقاومت در برابر این شرایط شدید ایجاد کرده اند.

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 مخمرها و باکتری ها کمک می کنند و نشان دادند که این فرمول ها می توانند در برابر دمای بالا، تشعشع و پردازش صنعتی که می تواند به میکروب های محافظت نشده آسیب برساند، مقاومت کند.

میگل خیمنز، دانشمند پژوهشی سابق MIT که اکنون استادیار مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه بوستون است، نویسنده اصلی این مقاله است که در Nature Materials منتشر شده است.

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 مقاوم تر کردن باکتری های مفید مانند پروبیوتیک ها و درمان های 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 برچسب نشان داده شده حاوی باکتری زنده نیستند.

برای آزمایشات خود، محققان چهار میکروب مختلف را برای تمرکز روی آنها انتخاب کردند: سه باکتری و یک مخمر. این میکروب ها Escherichia coli Nissle 1917، یک پروبیوتیک هستند - Ensifer meliloti، یک باکتری که می تواند نیتروژن را در خاک برای حمایت از رشد گیاه تثبیت کند - لاکتوباسیلوس پلانتاروم، باکتری مورد استفاده برای تخمیر محصولات غذایی؛ و مخمر Saccharomyces boulardii که 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، به طور معمول نمی توان آنها را به اشکال مفیدتری مانند 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 می گوید: ما یک جریان کاری ایجاد کردیم که در آن می توانیم موادی را از فهرست مواد (به طور کلی به عنوان ایمن) از FDA دریافت کنیم و آن ها را با باکتری ها ترکیب و تطبیق دهیم و بپرسیم آیا موادی وجود دارند که پایداری باکتری ها را در طول فرآیند لیوفیلیزاسیون افزایش دهند؟

ساختار 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 آزمایشات ترکیبات مختلفی را نشان داد، عمدتاً قندها و پپتیدها، که بهترین عملکرد را برای هر گونه میکروب داشتند.

سپس محققان یکی از میکروب ها، E. coli Nissle 1917 را برای بهینه سازی بیشتر انتخاب کردند. این پروبیوتیک برای درمان (اسهال مسافرتی)، وضعیتی که در اثر نوشیدن آب آلوده به باکتری های مضر ایجاد می شود، استفاده شده است. محققان دریافتند که اگر آنها کافئین یا عصاره مخمر را با قندی به نام melibiose ترکیب کنند، می توانند فرمول بسیار پایداری از E. coli Nissle 1917 ایجاد کنند. این مخلوط، که محققان آن را فرمول D نامیدند، امکان بقای بیش از 10 درصد را پس از این آزمایش فراهم کرد. میکروب ها به مدت شش ماه در دمای 37 درجه سانتیگراد نگهداری شدند، در حالی که یک فرمول تجاری موجود از E. coli Nissle 1917 پس از تنها 11 روز در آن شرایط، تمام قابلیت حیات خود را از دست داد.

فرمول D همچنین قادر به مقاومت در برابر سطوح بسیار بالاتر از تشعشعات یونیزان، تا 1000 grays بود. (دوز معمولی تشعشع روی 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 این افزودنی ها ممکن است به تثبیت غشای سلولی باکتری در طول آبرسانی مجدد کمک کنند.

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. پس از اینکه Ensifer meliloti در معرض دمای تا 50 درجه سانتیگراد قرار گرفت، محققان دریافتند که آنها همچنان قادر به تشکیل گره های همزیست روی ریشه گیاهان و تبدیل نیتروژن به آمونیاک هستند.

آنها همچنین دریافتند که فرمول E. coli Nissle 1917 آنها قادر به مهار رشد Shigellaflexneri، یکی از علل اصلی مرگ و میر ناشی از اسهال در کشورهای با درآمد کم و متوسط ​​است، زمانی که میکروب ها با هم در یک ظرف آزمایشگاهی رشد کردند.

سال گذشته، چندین گونه از این میکروب های افراطی به ایستگاه فضایی بین المللی فرستاده شد که جیمنز آن را (آزمون استرس نهایی) توصیف می کند.

او می گوید: حتی حمل ونقل روی زمین برای تأیید اعتبار قبل از پرواز و ذخیره سازی تا زمان پرواز بخشی از این آزمایش است، بدون کنترل دما در طول مسیر.

این نمونه ها 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 شد، با نمونه هایی که به بیرون ایستگاه پیچاندند، و همچنین نمونه های کنترلی که روی زمین باقی مانده اند، مقایسه کند.

این کار یک رویکرد امیدوارکننده برای افزایش پایداری پروبیوتیک ها و/یا میکروب های دستکاری شده ژنتیکی در محیط های شدید، مانند فضای بیرونی، ارائه می دهد که می تواند در ماموریت های فضایی آینده برای کمک به حفظ سلامت فضانوردان یا ارتقای پایداری، مانند ترویج بیشتر استفاده شود.