3 preguntas: cómo controlar las biopelículas en el espacio



Los investigadores del MIT trabajarán con colegas de la Universidad de Colorado en Boulder para enviar un experimento a la Estación Espacial Internacional (EEI) el 2 de noviembre. El experimento busca formas de remediar la formación de biopelículas en la estación espacial. Estas comunidades de bacterias u hongos difíciles de matar pueden causar mal funcionamiento del equipo y enfermar a los astronautas. Noticias del MIT 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.

Q: Para comenzar, cuéntenos sobre el problema que esta investigación pretende resolver.

Varanasi: Las biopelículas se están desarrollando en las superficies de las estaciones espaciales, lo que fue una sorpresa para mí. ¿Por qué crecerían en el espacio? Pero este es un problema que puede poner en peligro los equipos esenciales: trajes espaciales, unidades de reciclaje de agua, radiadores, ventanas de navegación, etc. – y también puede conducir a enfermedades humanas. Por lo tanto, debe entenderse y caracterizarse, en particular para las misiones espaciales a largo plazo.

En algunas de las primeras misiones de estaciones espaciales como Mir y Skylab, hubo astronautas que enfermaron en el espacio. No sé si podemos decir con certeza que esto se debe a estas biopelículas, pero sabemos que ha habido fallas en los equipos debido al crecimiento de las biopelículas, como las válvulas obstruidas.

En el pasado, los estudios han demostrado que las biopelículas crecen y se acumulan más en el espacio que en la Tierra, lo cual es bastante sorprendente. Se espesan; Tienen diferentes formas. El objetivo de este proyecto es estudiar cómo se desarrollan las biopelículas en el espacio. ¿Por qué tienen todas estas diferentes morfologías? Es esencialmente la ausencia de gravedad y probablemente otras fuerzas impulsoras, por ejemplo, convección.

También queremos pensar en enfoques de remediación. ¿Cómo podrías resolver este problema? En nuestra colaboración actual con Luis Zea en UC Boulder, estamos examinando el crecimiento de biopelículas en sustratos técnicos en presencia y ausencia de gravedad. Fabricamos diferentes superficies para el crecimiento de estas biopelículas, y aplicamos algunas de las tecnologías desarrolladas en este laboratorio, incluidas las superficies impregnadas de líquido (LIS) y las superficies nanotexturadas superhidrofóbicas. También examinamos cómo se desarrollan las biopelículas. Descubrimos que después de un año de experimentos en la Tierra, las superficies LIS se desempeñaron muy bien: no hubo crecimiento de biopelículas en comparación con muchos otros sustratos de última generación.

Q: Entonces, ¿qué buscará en esta nueva experiencia a bordo de la ISS?

McBride: Algunos signos indican que las bacterias pueden aumentar su virulencia en el espacio. Por lo tanto, los astronautas tienen más probabilidades de enfermarse. Es interesante porque cuando piensas en bacterias, piensas en algo tan pequeño que la gravedad no debería jugar un papel tan importante.

El grupo de la profesora Cynthia Collin en el RPI (Rensselaer Polytechnic Institute) ya ha realizado un experimento en la EEI que muestra que, cuando la gravedad es normal, las bacterias pueden moverse y formar estas formas en forma de hongo , a diferencia de la microgravedad. biofilm en forma de dosel. Entonces, básicamente, ya no son tan limitados y pueden comenzar a crecer 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 observar cómo reaccionan las bacterias a la microgravedad frente a la gravedad en la Tierra, también estamos viendo cómo están creciendo en diferentes sustratos de ingeniería. Y también, más fundamentalmente, podemos ver por qué las biopelículas de bacterias forman lo mismo que hacen en la Tierra, simplemente eliminando esta variable que es la gravedad.

Hay dos experimentos diferentes, uno con biopelículas bacterianas y otro con biopelículas fúngicas. Zea y su grupo cultivaron estos organismos en un medio de prueba en presencia de estas superficies, y luego los caracterizaron por la masa de la biopelícula, el grosor, la morfología y luego la expresión génica. Estas muestras ahora se enviarán a la estación espacial para ver cómo están creciendo.

Q: Entonces, según las pruebas anteriores, ¿qué esperas ver cuando las muestras vuelvan a la Tierra después de dos meses?

Varanasi: Lo que hemos visto hasta ahora es interesante observar que gran parte de la biomasa crece en superficies superhidrofóbicas, lo que generalmente se considera como antiincrustante. Por otro lado, en superficies impregnadas de líquido, la tecnología detrás de Liquiglide, casi no hubo crecimiento en la biomasa. Esto produjo el mismo resultado que el control negativo, donde no había bacterias.

También realizamos pruebas de control para confirmar que el aceite utilizado en las superficies impregnadas de líquido no era biocida. Así que no solo estamos matando las bacterias, no se están pegando al sustrato y no están creciendo allí.

McBride: Para las superficies LIS, examinaremos si se forman o no biopelículas en ellas. Creo que los dos resultados serían realmente interesantes. Si las biopelículas se desarrollan en estas superficies en el espacio, pero no en el suelo, creo que eso nos dirá algo muy interesante sobre el comportamiento de estos organismos. Y, por supuesto, si las biopelículas no se forman y las superficies evitan la formación de la misma manera que en el suelo, también es una ventaja, porque ahora tenemos un mecanismo para prevenir la formación de biopelículas. en algunos equipos de la estación espacial.

Por lo tanto, estaríamos satisfechos con cualquiera de los resultados, pero si el LIS tiene éxito y también en el campo, creo que tendrá un gran impacto en futuras misiones de prevención de biopelículas y no biofilm. enfermo.

Básicamente, desde un punto de vista científico, queremos comprender el crecimiento de estas películas y comprender todos los mecanismos biomecánicos, biofísicos y bioquímicos en el origen de este crecimiento. Al agregar la morfología de la superficie, la textura y otras propiedades como las superficies impregnadas de líquido, podemos presenciar nuevos fenómenos en el crecimiento y la evolución de estas películas y tal vez incluso encontrar Una solución para resolver el problema.

Varanasi: Y esto puede conducir al diseño de nuevos equipos o incluso trajes espaciales con estas características. Por eso nos gustaría aprender de él y proponer soluciones.

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