Un instrument actuellement à bord de la Station spatiale internationale pourrait faire croître des bactéries E.coli dans l'espace, ouvrant une nouvelle voie à la bio-fabrication de médicaments lors de vols spatiaux de longue durée. Recherche publiée aujourd'hui dans Microgravité naturelle utilisé un simulateur terrestre de l'instrument de la station spatiale pour cultiver E.coli, démontrant qu'il peut être nourri avec des méthodes qui promettent d'être plus adaptées aux voyages spatiaux que les alternatives existantes.

« Si nous pouvons faire en sorte que les micro-organismes se développent bien dans l'espace, les astronautes peuvent les utiliser pour fabriquer des produits pharmaceutiques à la demande. Cela pourrait être vital pour la survie sur de longues missions où le réapprovisionnement n'est pas une option", a déclaré Richard Bonocora, auteur principal et membre du corps professoral du Département des sciences biologiques de l'Institut polytechnique Rensselaer. « Ici, nous nous demandions : « Y a-t-il une meilleure façon de cultiver des micro-organismes que ce qui est actuellement utilisé est l'espace ? » Et ce que nous trouvons, c'est qu'avec la force de cisaillement, oui, il y en a probablement."

Avec des résultats prometteurs, l'équipe espère mener une expérience similaire à bord de la station spatiale. Et pendant qu'ils commencent avec E.coli, le cheval de bataille de la biologie moléculaire, l'équipe espère éventuellement utiliser l'instrument pour cultiver des micro-organismes résistants aux radiations, qui pourrait protéger les produits pharmaceutiques en développement du rayonnement toujours présent de l'espace au fur et à mesure qu'ils sont produits.

Les bactéries comme E.coli ont besoin d'oxygène pour se développer, et la méthode de référence pour l'aération des bactéries dans un milieu de croissance liquide utilise un agitateur orbital, une machine qui secoue horizontalement une plate-forme sur laquelle les récipients contenant le liquide peuvent être arrimés. L'agitateur s'appuie sur la force de gravité pour faire tourbillonner le contenu liquide, qui montent et descendent dans un flacon, mélanger l'oxygène avec le liquide.

Mais Bonocora et son équipe de recherche pensent qu'un instrument envoyé à la station spatiale en juillet, 2019 pourrait faire un meilleur travail. Inspiré des recherches du professeur Rensselaer Amir Hirsa, l'instrument construit par la NASA utilise la force de cisaillement, la force créée à la frontière de deux corps poussant dans des directions opposées l'un de l'autre, similaire à celle qui se produit au niveau des lignes de faille entre les plaques tectoniques. L'instrument utilise une seringue pour distribuer une goutte de liquide qui forme une bulle. Un côté de la bulle adhère à un anneau fixe, tandis que l'autre côté adhère à un anneau fin qui peut tourner. La bague rotative crée une force de cisaillement à la surface de la bulle, faire tourbillonner son contenu.

L'instrument de cisaillement est actuellement utilisé pour réaliser les expériences d'Hirsa étudiant les effets de la contrainte de cisaillement sur les fibrilles amyloïdes, des grappes de protéines liées à des maladies neurodégénératives comme le diabète, Alzheimer, et Parkinson.

Sur Terre, Bonocora a utilisé un viscosimètre à lame de couteau, un instrument conçu par le groupe Hirsa, dans lequel la pointe d'un tube métallique tourne — de la même manière que la bague rotative de l'instrument spatial — à la surface d'un liquide dans un plat pour simuler la force de cisaillement. L'expérience a testé à quel point les bactéries se sont développées lorsqu'elles ont été aérées par le viscosimètre à lame de couteau et un agitateur orbital, avec les deux instruments utilisés à des vitesses différentes.

A des vitesses plus élevées, les bactéries aérées par le viscosimètre à lame de couteau ont montré des taux de croissance approchant ceux de l'agitateur orbital. Même à des vitesses inférieures, la force de cisaillement a produit une croissance significativement plus élevée que les échantillons de bactéries qui n'ont pas été aérés mécaniquement.

"C'est un moyen viable de cultiver des micro-organismes. Nous commençons sur une nouvelle voie, et maintenant nous devons penser à un environnement plus réel, comme sur la station spatiale, " dit Bonocora.

« La fabrication de produits pharmaceutiques dans l'espace est un élément essentiel de nos efforts pour envoyer en toute sécurité des humains plus loin dans le système solaire. Cette recherche est fondamentale pour atteindre cet objectif, " dit Curt Breneman, doyen de l'École des sciences. "La collaboration fructueuse entre les équipes de Rick et Amir témoigne de nos liens de longue date avec l'exploration spatiale, et est l'un des nombreux exemples de la culture des « murs bas » à la recherche interdisciplinaire que nous sommes fiers d'entretenir chez Rensselaer. »