Группа исследователей из больницы Brigham and Women\’s Hospital разработала формулы, которые позволяют микробным терапевтическим средствам, в том числе тем, которые используются для лечения желудочно-кишечных заболеваний и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, сохранять свою эффективность и функциональность с течением времени, несмотря на экстремальные температуры, жесткие производственные процессы и воздействие радиации.

Экстремофилы — микробы, живущие в суровых условиях, например, в горячих источниках Йеллоустона или глубоко подо льдами Антарктиды, — дают захватывающую информацию об истории и потенциале жизни на Земле и во Вселенной за ее пределами.

Люди используют микробов для производства продуктов питания и лекарств уже тысячи лет, но современные методы их применения сталкиваются с огромными трудностями, поскольку необходимо обеспечить сохранение жизнеспособности микробных продуктов, таких как пробиотики, в процессе производства, транспортировки и хранения.

Группа исследователей из больницы Brigham and Women\’s Hospital, одного из основателей системы здравоохранения Mass General Brigham, и Массачусетского технологического института начали изучать, как отправлять в космос такие материалы, как пробиотики, и эффективнее лечить различные желудочно-кишечные (ЖКТ) и метаболические заболевания.

Для этого они разработали синтетические экстремофилы, смешав микробы с различными материалами, чтобы сделать их устойчивыми к хранению без охлаждения и способными выдерживать такие условия, как экстремальные температуры , производственные процессы и даже радиацию, встречающуюся в космических полетах . Их результаты опубликованы в Nature Materials .

«Эта способность стабилизировать потенциальные терапевтические средства или другие вмешательства может иметь преобразующее значение в различных областях, включая здравоохранение, сельское хозяйство и исследование космоса », — сказал соавтор Джованни Траверсо, доктор медицины, доктор философии, магистр медицины и хирургии, гастроэнтеролог отделения гастроэнтерологии, гепатологии и эндоскопии Бригамского университета и кафедры машиностроения Массачусетского технологического института.

«Мы обнаружили, что это можно сделать без необходимости в процессах с контролируемой температурой в цепочке поставок, которые могут быть очень дорогостоящими и ограничивающими».

Лаборатория Траверсо сосредоточилась на том, чтобы сделать лекарства более стабильными и улучшить их способность всасываться через желудочно-кишечный тракт. Недавно команда начала изучать, как стабилизировать пробиотики, тестируя ряд безрецептурных продуктов, чтобы выяснить, есть ли расхождения между тем, что указано на упаковке, и жизнеспособным материалом, который они содержали.

Они обнаружили, что многие продукты содержали гораздо более низкий уровень активных клеток, чем было указано на этикетке. Эти результаты, наряду с растущей потребностью в возможности отправлять такие материалы, как пробиотики, в космос и лучше лечить различные желудочно-кишечные и метаболические заболевания , вдохновили команду на попытку разработать синтетические экстремофилы.

Для этого исследования команда протестировала более 2000 комбинаций микробов-материалов и обнаружила уникальные стабилизаторы для трех типов бактерий и одного вида дрожжей, организмов, которые активно используются для лечения болезней и улучшения урожайности. Четыре вида микробов были смешаны и сопоставлены с обширной панелью ингредиентов из списка «обычно считающихся безопасными» Управления по контролю за продуктами и лекарствами.

Затем эти растворы были подвергнуты таким производственным процессам, как замораживание, сушка, измельчение и влажная грануляция, чтобы определить, какие ингредиенты помогли стабилизировать их и максимально повысить жизнеспособность.

Группа также провела испытания материалов, сохраняющих стабильность при хранении и жизнеспособность при комнатной температуре в течение более длительного времени, а также после воздействия высоких температур, высокого давления, растворителей и ионизирующего излучения.

Они обнаружили, что эти микроорганизмы не только могли выживать в экстремальных условиях, но и сохраняли свою активность и функциональность в течение длительного времени без охлаждения. Известные примеры включают один тип бактерий, который оставался функциональным при лечении диареи путешественников, и другой, который обычно использовался для фиксации азота в почве, и который также оставался жизнеспособным.

Команда продолжит разрабатывать эти системы и в настоящее время работает с Фондом Билла и Мелинды Гейтс, чтобы исследовать их потенциальное использование в женском здоровье и неонатальном уходе. «Этот подход имеет потенциал повлиять и информировать нашу способность внедрять очень полезные микробы в различных областях», — сказал Траверсо.