Des chercheurs du MIT collaboreront avec des collègues de l'Université du Colorado à Boulder sur une expérience qui doit être envoyée à la Station spatiale internationale (ISS) le 2 novembre. L'expérience cherche des moyens d'aborder la formation de biofilms sur les surfaces au sein la station spatiale. Ces communautés de bactéries ou de champignons difficiles à tuer peuvent provoquer des dysfonctionnements de l'équipement et rendre les astronautes malades. MIT News a demandé au professeur de génie mécanique Kripa Varanasi et à la doctorante Samantha McBride de décrire les expériences prévues et leurs objectifs.

Q :Pour commencer, nous parler du problème que cette recherche vise à résoudre.

Varanasi :des biofilms se développent sur les surfaces des stations spatiales, ce qui m'a d'abord surpris. Pourquoi pousseraient-ils dans l'espace ? Mais c'est un problème qui peut mettre en péril l'équipement clé—les combinaisons spatiales, unités de recyclage de l'eau, radiateurs, fenêtres de navigation, et ainsi de suite, et peut également conduire à des maladies humaines. Il faut donc le comprendre et le caractériser, en particulier pour les missions spatiales de longue durée.

Dans certaines des premières missions de la station spatiale comme Mir et Skylab, il y avait des astronautes qui tombaient malades dans l'espace. Je ne sais pas si nous pouvons dire avec certitude que c'est dû à ces biofilms, mais nous savons qu'il y a eu des pannes d'équipement dues à la croissance du biofilm, tels que des vannes bouchées.

Dans le passé, des études ont montré que les biofilms se développent et s'accumulent davantage dans l'espace que sur Terre, ce qui est assez surprenant. Ils s'épaississent; ils ont des formes différentes. L'objectif de ce projet est d'étudier comment les biofilms se développent dans l'espace. Pourquoi ont-ils toutes ces morphologies différentes ? Essentiellement, c'est l'absence de gravité et probablement d'autres forces motrices, convection par exemple.

Nous voulons également réfléchir aux approches de remédiation. Comment pourriez-vous résoudre ce problème ? Dans notre collaboration actuelle avec Luis Zea à UC Boulder, nous étudions la croissance de biofilms sur des substrats artificiels en présence et en l'absence de gravité. Nous fabriquons différentes surfaces sur lesquelles ces biofilms peuvent se développer, et nous appliquons certaines de nos technologies développées dans ce laboratoire, y compris les surfaces imprégnées de liquide [LIS] et les surfaces nanotexturées superhydrophobes, et nous avons examiné comment les biofilms se développent dessus. Nous avons découvert qu'après un an d'expériences, ici sur Terre, les surfaces LIS ont très bien fonctionné :il n'y a pas eu de croissance de biofilm, par rapport à de nombreux autres substrats de pointe.

Q :Alors, qu'allez-vous rechercher dans cette nouvelle expérience à bord de l'ISS ?

McBride :Il existe des signes indiquant que les bactéries pourraient en fait augmenter leur virulence dans l'espace, et donc les astronautes sont plus susceptibles de tomber malades. C'est intéressant parce qu'habituellement, quand on pense aux bactéries, vous pensez à quelque chose qui est si petit que la gravité ne devrait pas jouer un si grand rôle.

Le groupe du professeur Cynthia Collin au RPI [Renselaer Polytechnic Institute] a fait une expérience précédente sur l'ISS montrant que lorsque vous avez une gravité normale, les bactéries sont capables de se déplacer et de former ces formes ressemblant à des champignons, contre en microgravité, les bactéries mobiles forment ce type de forme de canopée de biofilm. Donc en gros, ils ne sont plus aussi contraints et ils peuvent commencer à se développer vers l'extérieur dans cette morphologie inhabituelle.

Notre travail actuel est une collaboration avec UC Boulder et Luis Zea en tant que chercheur principal. Alors maintenant, au lieu de simplement regarder comment les bactéries réagissent à la microgravité par rapport à la gravité sur Terre, nous examinons également comment ils poussent sur différents substrats d'ingénierie. Et aussi, plus fondamentalement, nous pouvons voir pourquoi les biofilms de bactéries se forment comme ils le font sur Terre, juste en enlevant cette variable d'avoir la gravité.

Il y a deux expériences différentes, un avec des biofilms bactériens et un avec des biofilms fongiques. Zea et son groupe ont cultivé ces organismes dans un milieu d'essai en présence de ces surfaces, puis les caractériser par la masse du biofilm, l'épaisseur, morphologie, puis l'expression des gènes. Ces échantillons seront maintenant envoyés à la station spatiale pour voir comment ils y poussent.

Q :Donc, sur la base des tests précédents, qu'attendez-vous de voir lorsque les échantillons reviendront sur Terre après deux mois ?

Varanasi :Ce que nous avons trouvé jusqu'à présent, c'est que, de façon intéressante, une grande partie de la biomasse se développe sur les surfaces superhydrophobes, qui est généralement considéré comme antifouling. En revanche, sur les surfaces imprégnées de liquide, la technologie derrière Liquiglide, il n'y avait pratiquement pas de croissance de la biomasse. Cela a produit le même résultat que le contrôle négatif, où il n'y avait pas de bactéries.

Nous avons également effectué des tests de contrôle pour confirmer que l'huile utilisée sur les surfaces imprégnées de liquide n'est pas biocide. Donc, nous ne tuons pas seulement les bactéries, ils n'adhèrent tout simplement pas au substrat, et ils ne poussent pas là-bas.

McBride :Pour les surfaces LIS, nous examinerons si des biofilms se forment sur eux ou non. Je pense que les deux résultats seraient vraiment intéressants. Si des biofilms se développent sur ces surfaces dans l'espace, mais pas au sol, Je pense que cela va nous dire quelque chose de très intéressant sur le comportement de ces organismes. Et bien sûr, si les biofilms ne se forment pas et que les surfaces empêchent la formation comme elles le font sur le sol, alors c'est aussi super, parce que maintenant nous avons un mécanisme pour empêcher la formation de biofilm sur certains des équipements de la station spatiale.

Nous serions donc satisfaits de l'un ou l'autre résultat, mais si le SIL fonctionne aussi bien que sur le terrain, Je pense que cela va avoir un impact énorme sur les futures missions en termes de prévention des biofilms et de ne pas rendre les gens malades.

Fondamentalement, d'un point de vue scientifique, nous voulons comprendre la croissance de ces films et comprendre l'ensemble de la biomécanique, biophysique, et les mécanismes biochimiques à l'origine de la croissance. En ajoutant la morphologie de surface, texture, et d'autres propriétés comme les surfaces imprégnées de liquide, nous pouvons voir de nouveaux phénomènes dans la croissance et l'évolution de ces films, et peut-être trouver une solution pour résoudre le problème.

Varanasi :Et cela peut conduire à la conception de nouveaux équipements ou même de combinaisons spatiales dotées de ces caractéristiques. C'est donc là que je pense que nous aimerions en tirer des leçons et ensuite proposer des solutions.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.