Ett instrument för närvarande ombord på den internationella rymdstationen kan odla E.coli-bakterier i rymden, öppnar en ny väg för biotillverkning av läkemedel under långvariga rymdflygningar. Forskning publicerad idag i Naturens mikrogravitation använde en jordbunden simulator av rymdstationsinstrumentet för att odla E.coli, visar att det kan vårdas med metoder som lovar att vara mer lämpade för rymdresor än befintliga alternativ.

"Om vi ​​kan få mikroorganismer att växa bra i rymden, astronauter kan använda dem för att tillverka läkemedel på begäran. Detta kan vara avgörande för att överleva på långa uppdrag där återförsörjning inte är ett alternativ, säger Richard Bonocora, senior författare och fakultetsmedlem vid Institutionen för biologiska vetenskaper vid Rensselaer Polytechnic Institute. "Här frågade vi:"Finns det ett bättre sätt att odla mikroorganismer än vad som för närvarande används är rymden?" Och vad vi finner är att – med skjuvkraft – ja, det finns sannolikt."

Med lovande resultat, teamet hoppas kunna genomföra ett liknande experiment ombord på rymdstationen. Och medan de börjar med E.coli, molekylärbiologins arbetshäst, teamet hoppas att så småningom kunna använda instrumentet för att odla mikroorganismer med strålningsmotstånd, som skulle kunna skydda utvecklingsläkemedel från den ständigt närvarande strålningen från rymden när de produceras.

Bakterier som E.coli behöver syre för att växa, och guldstandardmetoden för att lufta bakterier i ett flytande tillväxtmedium använder en orbital shaker, en maskin som horisontellt skakar en plattform där kärlen som innehåller vätskan kan stuvas. Shakern förlitar sig på tyngdkraften för att virvla vätskeinnehållet, som stiger och faller i en kolv, blanda syre med vätskan.

Men Bonocora och hans forskargrupp tror att ett instrument som skickades till rymdstationen i juli, 2019 skulle kunna göra ett bättre jobb. Inspirerad av forskningen från Rensselaer-professorn Amir Hirsa, det NASA-byggda instrumentet använder skjuvkraft, kraften som skapas vid gränsen mellan två kroppar som trycker i motsatta riktningar från varandra, liknande det som uppstår vid förkastningslinjerna mellan tektoniska plattor. Instrumentet använder en spruta för att dispensera en droppe vätska som bildar en bubbla. Ena sidan av bubblan fäster vid en stationär ring, medan den andra sidan fäster vid en tunn ring som kan rotera. Den roterande ringen skapar skjuvkraft på ytan av bubblan, virvlar dess innehåll.

Skjuvinstrumentet används för närvarande för att genomföra Hirsas experiment som studerar effekterna av skjuvspänning på amyloidfibriller, kluster av proteiner som är kopplade till neurodegenerativa sjukdomar som diabetes, Alzheimers, och Parkinsons.

På jorden, Bonocora använde en knivseggsviskosimeter, ett instrument designat av Hirsas grupp, där spetsen på ett metallrör roterar — liknande den roterande ringen i det rymdbaserade instrumentet — vid ytan av vätska i en skål för att simulera skjuvkraften. Experimentet testade hur bra bakterier växte när de luftades av knivseggsviskosimetern och en orbital shaker, med båda instrumenten som används i olika hastigheter.

I högre hastigheter, bakterier som luftats med knivseggsviskosimetern visade tillväxthastigheter som närmade sig den för orbitalskakaren. Även vid lägre hastigheter producerade skjuvkraften betydligt mer tillväxt än prover av bakterier som inte var mekaniskt luftade.

"Det här är ett gångbart sätt att odla mikroorganismer. Vi börjar på en ny väg, och nu måste vi tänka på en mer verklig miljö, som på rymdstationen, " sa Bonocora.

"Rymdbaserad läkemedelstillverkning är en kritisk komponent i våra ansträngningar att säkert skicka människor djupare in i solsystemet. Denna forskning är grundläggande för det målet, sade Curt Breneman, dekanus vid Vetenskapshögskolan. "Det framgångsrika samarbetet mellan Rick och Amirs team talar om våra långvariga band till rymdutforskning, och är ett av många exempel på kulturen med "låga murar" till tvärvetenskaplig forskning som vi är stolta över att vårda på Rensselaer."