Microbios beneficiosos para la exploración espacial: Investigadores de Brigham desarrollan nueva forma de supervivencia en condiciones extremas

Las formulaciones del equipo permiten que los terapéuticos microbianos, incluidos los que se utilizan para tratar enfermedades gastrointestinales y mejorar la producción de cultivos, mantengan su potencia y función con el tiempo a pesar de las temperaturas extremas, los procesos de fabricación agresivos y la exposición a la radiación

Los extremófilos, microbios que viven en ambientes hostiles como las aguas termales de Yellowstone o muy por debajo del hielo de la Antártida, proporcionan información fascinante sobre la historia y el potencial de la vida en la Tierra y el universo más allá. Los humanos han utilizado microbios para ayudar en la producción de alimentos y medicamentos durante miles de años, pero las aplicaciones modernas enfrentan inmensos desafíos para garantizar que los productos microbianos, como los probióticos, permanezcan viables durante la producción, el transporte y el almacenamiento. Investigadores del Hospital Brigham and Women’s, miembro fundador del sistema de atención médica Mass General Brigham, y el MIT buscaron ayudar a descubrir cómo enviar materiales como probióticos al espacio y tratar mejor una variedad de enfermedades gastrointestinales (GI) y metabólicas. Para hacer esto, desarrollaron extremófilos sintéticos mezclando microbios con diferentes materiales para hacerlos estables en el estante sin necesidad de refrigeración y capaces de resistir condiciones como temperaturas extremas, procesos de fabricación e incluso radiación encontrados en los vuelos espaciales. Sus resultados se publican en Nature Materials.

“Esta capacidad de estabilizar posibles terapéuticos u otras intervenciones podría ser transformadora en una variedad de entornos, incluidos la atención médica, la agricultura y la exploración espacial”, dijo el autor correspondiente Giovanni Traverso, MD, PhD, MBBCH,, gastroenterólogo en la División de Gastroenterología, Hepatología y Endoscopia de Brigham y en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. “Hemos encontrado que esto se puede hacer sin la necesidad de procesos de cadena de suministro controlados por temperatura, que pueden ser muy costosos y limitantes”.

Un foco del laboratorio de Traverso ha sido hacer que los medicamentos sean más estables y mejorar su capacidad de ser absorbidos a través del tracto gastrointestinal. Recientemente, el equipo comenzó a investigar cómo estabilizar los probióticos probando una gama de productos de venta libre para ver si había discrepancias entre lo que se indicaba en el paquete y el material viable que contenían. Encontraron que muchos de los productos contenían un nivel mucho más bajo de células activas de lo que figuraba en la etiqueta. Estos hallazgos, junto con una creciente necesidad de poder enviar materiales como probióticos al espacio y tratar mejor una variedad de enfermedades gastrointestinales y metabólicas, inspiró al equipo a intentar desarrollar extremófilos sintéticos.

Para este estudio, el equipo probó más de 2.000 combinaciones de materiales y microbios y encontró estabilizadores únicos para tres tipos de bacterias y una levadura, organismos que se están utilizando activamente para tratar enfermedades y mejorar la producción de cultivos. Los cuatro microbios se mezclaron y combinaron con un extenso panel de ingredientes de la lista de la Administración de Alimentos y Medicamentos de “generalmente considerados seguros”. Luego, estas soluciones se sometieron a procesos de fabricación como congelación, secado, molienda y granulación en húmedo para ver qué ingredientes ayudaron a estabilizar y maximizar su viabilidad.

El equipo también probó materiales que mantienen la estabilidad en el estante y la viabilidad a temperatura ambiente durante períodos de tiempo más largos, así como después de la exposición a altas temperaturas, alta presión, solventes y radiación ionizante. Encontraron que estos microorganismos no solo podían sobrevivir a las condiciones extremas, sino que también mantenían su potencia y función durante períodos de tiempo extendidos sin refrigeración. Ejemplos notables incluyen un tipo de bacteria que permaneció funcional en el tratamiento de la diarrea del viajero y otra que se usa comúnmente para fijar nitrógeno en el suelo que también permaneció viable.

El equipo continuará desarrollando estos sistemas y actualmente está trabajando con la Fundación Bill y Melinda Gates para investigar su posible uso en la salud de la mujer y la atención neonatal. “Este enfoque tiene el potencial de influir e informar nuestra capacidad de desplegar microbios muy útiles en una gama de áreas”, dijo Traverso.

Autoría: Otros autores incluyen a Miguel Jiménez, Johanna L’Heureux, Emily Kolaya, Gary W. Liu, Kyle B. Martin, Husna Ellis, Alfred Dao, Margaret Yang, Zachary Villaverde, Afeefah Khazi-Syed, Qinhao Cao, Niora Fabian, Joshua Jenkins, Nina Fitzgerald, Christina Karavasili, Benjamin Muller y James D. Byrne.

Divulgaciones: Miguel Jiménez, Giovanni Traverso, Johanna L’Heureux y Emily Kolaya han presentado una solicitud de patente provisional que abarca el trabajo descrito. Miguel Jiménez es consultor de VitaKey. Puede encontrar detalles completos de todas las relaciones con fines de lucro y sin fines de lucro para Giovanni Traverso aquí.

Financiamiento: Este trabajo está respaldado por el Instituto de Investigación Traslacional para la Salud Espacial (NNX16AO69A) y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (FA8650-21-2-7120).

Artículo citado: Jimenez M, *et al*. “Extremófilos sintéticos: formulaciones específicas de especies para terapéuticos microbianos y más allá”. *Nature Materials*, DOI: 10.1038/s41563-024-01937-6