Супермикробы: бактерии из космоса усилят урожайность

Ученые MIT разработали новый метод, позволяющий микробам выдерживать экстремальные условия. Микроорганизмы, используемые в медицинских, сельскохозяйственных и других сферах, теперь могут противостоять высоким температурам, радиации и промышленным процессам, что ранее было невозможным.

Способ MIT основан на смешивании бактерий с пищевыми и лекарственными добавками из списка соединений, отмеченных FDA как «общепризнанно безопасные». Метод позволяет стабилизировать различные типы микробов, включая дрожжи и бактерии, и демонстрирует их устойчивость к повреждениям, которые могут возникнуть в промышленных процессах.

Одним из самых экстремальных испытаний для микробов стала их отправка на Международную космическую станцию (МКС). Сейчас ученые анализируют, насколько хорошо микробы перенесли такие условия.

Экспериментальные образцы на МКС

Около 6 лет назад ученые начали разрабатывать новые методы повышения устойчивости полезных бактерий – пробиотиков и бактерий, используемых в микробной терапии (microbial therapeutics). Исследователи проанализировали 13 коммерчески доступных пробиотиков и обнаружили, что 6 из них содержат меньше живых бактерий, чем указано на этикетке.

Для экспериментов ученые выбрали:

· пробиотик Escherichia coli Nissle 1917;

· бактерию Ensifer meliloti, фиксирующую азот в почве для поддержки роста растений;

· бактерию Lactobacillus plantarum, используемую для ферментации пищевых продуктов;

· дрожжи Saccharomyces boulardii, также используемые в качестве пробиотика.

Микробы обычно высушиваются в порошок через процесс лиофилизации, но при превращении их в таблетки или пилюли они подвергаются воздействию органических растворителей, что может быть токсично. Команда MIT стремилась найти добавки, которые улучшат способность микробов выживать в таких условиях.

Ученые разработали рабочий процесс, в котором микробы смешиваются с различными ингредиентами и тестируются на выживаемость при комнатной температуре в течение 30 дней. Эксперименты выявили, что наилучшие результаты дают сахара и пептиды, которые больше всего подходят для каждого вида микробов.

Для дальнейшей оптимизации специалисты выбрали E. coli Nissle 1917 – этот пробиотик используется для лечения диареи путешественников, вызванной употреблением питьевой воды, загрязненной вредными бактериями. Ученые создали стабильную формулу, включающую кофеин или дрожжевой экстракт с сахаром мелибиозой. Смесь позволила микробам выжить в течение 6 месяцев при температуре 37 ℃, тогда как коммерчески доступные пробиотики теряли жизнеспособность уже через 11 дней при тех же условиях.

Формула также выдерживала высокие уровни ионизирующего излучения до 1000 Грей (Гр). Ученые предполагают, что добавки помогают стабилизировать клеточные мембраны бактерий во время регидратации.

Исследование показало, что микробы не только выживают в экстремальных условиях, но и сохраняют свои функции. Например, Ensifer meliloti после воздействия температур до 50 ℃ продолжала формировать симбиотические клубеньки на корнях растений и преобразовывать азот в аммиак. E. coli Nissle 1917 также смогла подавить рост бактерии Shigella flexneri, одной из ведущих причин диареи.

Работа предлагает многообещающий подход к улучшению стабильности пробиотиков и генетически модифицированных микробов в экстремальных условиях, что может быть использовано в будущих космических миссиях для поддержания здоровья астронавтов или повышения устойчивому развитию, например для выращивания более крепких растений для производства продуктов питания.