Инженеры нашли способ защитить микробы от экстремальных условий

Исследователи MIT разработали новый метод, позволяющий сделать полезные микробы достаточно выносливыми, чтобы выдерживать экстремальные условия и процессы промышленного производства, например, при изготовлении таблеток для длительного хранения.

Метод заключается в смешивании бактерий с пищевыми и фармацевтическими добавками из списка соединений, которые FDA классифицирует как «общепризнанные безопасные» (GRAS). Учёные определили составы, которые помогают стабилизировать несколько различных типов микробов, включая дрожжи и бактерии. Эти составы позволили микробам выдерживать высокие температуры, радиацию и промышленную обработку, способную повредить незащищённые микроорганизмы.

В качестве ещё более экстремального теста некоторые образцы микробов недавно вернулись с Международной космической станции, и исследователи сейчас анализируют, насколько хорошо они перенесли эти условия.

Выживание в экстремальных условиях

В качестве отправной точки учёные проанализировали 13 коммерчески доступных пробиотиков и обнаружили, что в шести из них количество живых бактерий не соответствовало указанному на этикетке.

Для экспериментов были выбраны четыре микроба:

• Escherichia coli Nissle 1917 (пробиотик)
• Ensifer meliloti (бактерия, фиксирующая азот в почве)
• Lactobacillus plantarum (бактерия для ферментации пищевых продуктов)
• Saccharomyces boulardii (дрожжи, используемые как пробиотик)

Исследователи разработали подход для проверки смесей микробов с одним из примерно 100 различных ингредиентов (в основном сахаров и пептидов) на выживаемость при хранении при комнатной температуре в течение 30 дней. Для каждого вида микробов были найдены оптимальные ингредиенты.

Для дальнейшей оптимизации был выбран пробиотик E. coli Nissle 1917. Учёные обнаружили, что комбинация кофеина или дрожжевого экстракта с сахаром мелибиозой создаёт очень стабильный состав (его назвали «формула D»).

Результаты для формулы D:

• Выживаемость более 10% после хранения в течение шести месяцев при 37 °C.
• Коммерчески доступный препарат E. coli Nissle 1917 терял жизнеспособность полностью уже через 11 дней в тех же условиях.
• Способность выдерживать ионизирующее излучение до 1000 грей (для сравнения: типичная доза радиации на Земле — около 15 микрогрей в день, в космосе — около 200 микрогрей в день).

Исследователи предполагают, что добавки могут помогать стабилизировать клеточные мембраны бактерий во время регидратации.

Стресс-тесты

Микробы не только выживали в суровых условиях, но и сохраняли свою функцию:

• Ensifer meliloti после воздействия температур до 50 °C всё ещё мог образовывать симбиотические клубеньки на корнях растений и превращать азот в аммиак.
• E. coli Nissle 1917 в новой формуле подавлял рост Shigella flexneri (одна из основных причин смертей от диареи в странах с низким и средним уровнем дохода) в лабораторной чашке Петри.

В прошлом году несколько штаммов этих «экстремофильных» микробов были отправлены на МКС, что авторы называют «окончательным стресс-тестом». Образцы недавно вернулись на Землю, и сейчас идёт их анализ, включая сравнение образцов, хранившихся внутри станции и снаружи, с контрольными образцами, оставшимися на Земле.