Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Microgravity đã sử dụng một trình mô phỏng trái đất của thiết bị trạm vũ trụ để phát triển E. coli, chứng minh rằng nó có thể được nuôi dưỡng bằng các phương pháp hứa hẹn sẽ phù hợp hơn cho du hành vũ trụ so với các phương án hiện có.
Một thiết bị hiện đang ở trên Trạm vũ trụ quốc tế có thể phát triển vi khuẩn E.coli trong không gian, mở ra một con đường mới cho thuốc sản xuất sinh học trong các chuyến bay vũ trụ dài hạn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Microgravity đã sử dụng một trình mô phỏng trái đất của thiết bị trạm vũ trụ để phát triển E. coli chứng minh rằng nó có thể được nuôi dưỡng bằng các phương pháp hứa hẹn sẽ phù hợp hơn cho du hành vũ trụ so với các phương án hiện có.
Richard Bonocora, tác giả cao cấp và là giảng viên của Khoa Khoa học Sinh học tại Viện Bách khoa Rensselaer cho biết: “Nếu chúng ta có thể khiến vi sinh vật phát triển tốt trong không gian, các phi hành gia có thể sử dụng chúng để sản xuất dược phẩm theo yêu cầu. Điều này có thể rất quan trọng để tồn tại trong các nhiệm vụ dài mà việc tiếp tế không phải là một lựa chọn. Ở đây chúng tôi đã hỏi: ‘Có cách nào tốt hơn để phát triển vi sinh vật mà những gì hiện đang được sử dụng là không gian?’ Và những gì chúng tôi tìm thấy là – với lực cắt – vâng, có khả năng là vậy. “
Với kết quả đầy hứa hẹn, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tiến hành một thí nghiệm tương tự trên tàu vũ trụ. Và trong khi họ bắt đầu với E. coli với đặc điểm của sinh học phân tử, nhóm nghiên cứu hy vọng cuối cùng sẽ sử dụng công cụ này để phát triển các vi sinh vật có khả năng chống bức xạ cũng như có thể bảo vệ dược phẩm phát triển khỏi bức xạ không gian hiện tại khi chúng được sản xuất.
Các vi khuẩn như E. coli cần oxy để phát triển và phương pháp tiêu chuẩn vàng để sục khí cho vi khuẩn trong môi trường phát triển chất lỏng sử dụng máy lắc quỹ đạo, một cỗ máy lắc ngang một nền tảng mà các mạch chứa chất lỏng có thể được xếp. Máy lắc dựa vào lực hấp dẫn để xoáy các chất lỏng, chúng tăng và giảm trong một bình, trộn oxy với chất lỏng.
Nhưng Bonocora và nhóm nghiên cứu của ông tin rằng một công cụ được gửi đến trạm vũ trụ vào tháng 7 năm 2019 có thể làm tốt hơn. Lấy cảm hứng từ nghiên cứu của giáo sư Rensselaer Amir Hirsa, công cụ do NASA chế tạo sử dụng lực cắt, lực tạo ra ở ranh giới của hai cơ thể đẩy ngược chiều nhau, tương tự như xảy ra ở các đường đứt gãy giữa các mảng kiến tạo. Các công cụ sử dụng một ống tiêm để phân phối một giọt chất lỏng tạo thành một bong bóng. Một mặt của bong bóng dính vào một vòng cố định trong khi mặt còn lại dính vào một vòng mỏng có thể xoay. Vòng xoay tạo ra lực cắt trên bề mặt bong bóng và xoáy vào bên trong nó.
Công cụ cắt hiện đang được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm của Hirsa nghiên cứu ảnh hưởng của ‘stress’ cắt đối với các sợi cơ amyloid, các cụm protein có liên quan đến bệnh thoái hóa thần kinh như tiểu đường, Alzheimer và Parkinson.
Trên trái đất, Bonocora đã sử dụng máy đo độ nhớt cạnh dao, một dụng cụ được thiết kế bởi nhóm của Hirsa, trong đó đầu ống kim loại quay – tương tự như vòng quay trong dụng cụ dựa trên không gian – ở bề mặt chất lỏng trong đĩa để mô phỏng lực cắt. Thí nghiệm đã kiểm tra vi khuẩn phát triển tốt như thế nào khi được sục khí bằng máy đo độ nhớt cạnh dao và máy lắc quỹ đạo, với cả hai dụng cụ được sử dụng ở nhiều tốc độ khác nhau.
Ở tốc độ cao hơn, vi khuẩn được sục khí bằng nhớt kế cạnh dao cho thấy tốc độ tăng trưởng gần bằng tốc độ của máy lắc quỹ đạo. Ngay cả ở tốc độ thấp hơn, lực cắt tạo ra sự tăng trưởng đáng kể hơn so với các mẫu vi khuẩn không được sục khí cơ học.
Bonocora nói: “Đây là một cách hữu hiệu để phát triển các vi sinh vật. Chúng ta đang bắt đầu một con đường mới và bây giờ chúng ta cần nghĩ về một môi trường thực tế hơn, chẳng hạn như trên trạm vũ trụ”.
“Sản xuất dược phẩm dựa trên không gian là một thành phần quan trọng trong nỗ lực của chúng tôi nhằm đưa con người vào sâu hơn trong hệ mặt trời một cách an toàn. Nghiên cứu này là nền tảng cho mục tiêu đó”, ông Curt Breneman, trưởng khoa Khoa học cho biết. “Sự hợp tác thành công giữa các nhóm của Rick và Amir nói lên mối quan hệ lâu dài của chúng tôi đối với việc thám hiểm không gian, và là một trong nhiều ví dụ về văn hóa ‘những bức tường thấp’ để nghiên cứu liên ngành mà chúng tôi tự hào nuôi dưỡng tại Rensselaer.”
Bonocora và Hirsa đã được Joe Adams và Shreyash Gulati tham gia vào nghiên cứu này. “Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong một chất tương tự phản ứng sinh học không gian điều khiển giao thoa” được hỗ trợ từ nguồn tài trợ từ NASA.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Học viện Bách khoa Rensselaer . Bản gốc được viết bởi Mary L. Martialay. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :