Микроорганизмы, обычно используемые для производства продуктов питания и фармацевтических препаратов, в настоящее время изучаются в качестве потенциальных лекарств и сельскохозяйственных добавок.
Однако сохранение высокой жизнеспособности от момента производства до использования остается важной задачей, требующей сложных холодовых цепей и упаковки. Недавно группа исследователей создала композиции, позволяющие микробным терапевтическим препаратам, в том числе используемым для лечения желудочно-кишечных заболеваний и улучшения урожайности, сохранять свою силу и функциональность в течение длительного времени, несмотря на экстремальные температуры, сложные производственные процессы и воздействие радиации.
Экстремофилы, микробы, живущие в суровых условиях, таких как горячие источники или льды Антарктиды, дают интереснейшие сведения об истории и потенциале жизни на Земле и за ее пределами. Люди тысячелетиями использовали микробов для производства продуктов питания и лекарств, но современные технологии сталкиваются с огромными трудностями в обеспечении того, чтобы микробные продукты, такие как пробиотики, оставались жизнеспособными в процессе производства, транспортировки и хранения.
Группа исследователей из Массачусетского технологического института начала изучать возможности отправки таких материалов, как пробиотики, в космос и более эффективного лечения различных заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и метаболических заболеваний. Для этого они разработали синтетические экстремофилы промышленно значимых грамотрицательных бактерий (Escherichia coli Nissle 1917, Ensifer meliloti), грамположительных бактерий (Lactobacillus plantarum) и дрожжей (Saccharomyces boulardii). Ученые создали высокопроизводительный цикл для определения видоспецифичных материалов, обеспечивающих выживание в условиях сушки, повышенных температур, органических растворителей и ионизирующего излучения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.
"Способность стабилизировать потенциальные терапевтические или сельскохозяйственные препараты может стать решающим фактором в различных сферах, включая здравоохранение, сельское хозяйство и освоение космоса", - рассказал соавтор статьи Джованни Траверсо. "Мы обнаружили, что это можно сделать без необходимости использования температурного контроля в цепочке поставок, что может быть очень дорогостоящим и ограничивающим". Лаборатория Траверсо занимается тем, что делает лекарственные препараты более стабильными и улучшает их способность всасываться через желудочно-кишечный тракт. Недавно группа начала изучать способы стабилизации пробиотиков, протестировав ряд безрецептурных продуктов на предмет несоответствия между указанным на упаковке и содержащимся в них жизнеспособным материалом.
Они обнаружили, что многие продукты содержат гораздо меньшее количество активных клеток, чем указано на упаковке. Эти выводы, а также растущая потребность в возможности отправлять в космос такие материалы, как пробиотики, и более эффективно лечить различные заболевания ЖКТ и обмена веществ, вдохновили ученых на попытку разработать синтетические экстремофилы. Для данного исследования они протестировали более 2 000 комбинаций микроорганизмов и нашли уникальные ингредиенты из списка "общепризнанно безопасных". Затем композиции бактерий и ингредиентов были подвергнуты таким производственным процессам, как замораживание, сушка, измельчение и влажное гранулирование, чтобы выяснить, какие ингредиенты помогают стабилизировать и максимально повысить их жизнеспособность. Авторы также проверили материалы, которые сохраняют устойчивость и жизнеспособность при комнатной температуре в течение длительного периода времени, а также после воздействия высоких температур, высокого давления, растворителей и ионизирующего излучения.
Используя эту технологию, исследователям удалось, например, повысить стабильность E. coli Nissle 1917 более чем на четыре порядка по сравнению с коммерческими препаратами и продемонстрировали ее способность сохранять жизнеспособность при обработке столовых приборов и фармацевтических препаратов. Далее они показали на живых животных и растениях, что синтетические экстремофилы сохраняют свою функциональность против энтеральных патогенов и в качестве азотфиксирующих добавок для растений даже после воздействия повышенных температур - эти микроорганизмы не только выживают в экстремальных условиях, но и сохраняют свою жизнеспособность в течение длительного времени без охлаждения.
Данная синтетическая стабилизация расширяет наши возможности по применению микроорганизмов в экстремальных условиях на Земле и, возможно, во время исследовательских полетов в космос. Группа будет также продолжать развивать эту технологию, чтобы изучить возможность их использования в области охраны здоровья матери и ребенка. "Этот подход может повлиять на нашу способность внедрять очень полезные микробы в самых разных областях", - говорит Траверсо.
