Pesquisadores do MIT estarão colaborando com colegas da Universidade do Colorado em Boulder em um experimento programado para ser enviado à Estação Espacial Internacional (ISS) em 2 de novembro. O experimento está procurando maneiras de abordar a formação de biofilmes em superfícies dentro a estação espacial. Essas comunidades difíceis de matar de bactérias ou fungos podem causar mau funcionamento do equipamento e deixar os astronautas doentes. O MIT News pediu ao professor de engenharia mecânica Kripa Varanasi e à estudante de doutorado Samantha McBride para descrever os experimentos planejados e seus objetivos.

Q:Para começar, conte-nos sobre o problema que esta pesquisa pretende abordar.

Varanasi:Biofilmes crescem em superfícies em estações espaciais, o que inicialmente foi uma surpresa para mim. Por que eles cresceriam no espaço? Mas é um problema que pode colocar em risco o equipamento principal - trajes espaciais, unidades de reciclagem de água, radiadores, janelas de navegação, e assim por diante - e também pode levar a doenças humanas. Portanto, precisa ser compreendido e caracterizado, especialmente para missões espaciais de longa duração.

Em algumas das primeiras missões da estação espacial, como Mir e Skylab, havia astronautas que adoeciam no espaço. Não sei se podemos dizer com certeza que é devido a esses biofilmes, mas sabemos que houve falhas de equipamento devido ao crescimento do biofilme, como válvulas entupidas.

No passado, houve estudos que mostram que os biofilmes realmente crescem e se acumulam mais no espaço do que na Terra, o que é surpreendente. Eles ficam mais grossos; eles têm formas diferentes. O objetivo deste projeto é estudar como os biofilmes crescem no espaço. Por que eles têm todas essas morfologias diferentes? Essencialmente, é a ausência de gravidade e provavelmente outras forças motrizes, convecção, por exemplo.

Também queremos pensar sobre abordagens de remediação. Como você resolveria esse problema? Em nossa colaboração atual com Luis Zea em UC Boulder, estamos observando o crescimento de biofilme em substratos projetados na presença e ausência de gravidade. Fazemos diferentes superfícies para esses biofilmes crescerem, e aplicamos algumas de nossas tecnologias desenvolvidas neste laboratório, incluindo superfícies impregnadas de líquido [LIS] e superfícies superhidrofóbicas nanotexturadas, e vimos como os biofilmes crescem neles. Descobrimos que depois de um ano de experimentos, aqui na terra, as superfícies LIS tiveram um desempenho muito bom:não houve crescimento de biofilme, em comparação com muitos outros substratos de última geração.

P:Então, o que você estará procurando neste novo experimento a ser realizado na ISS?

McBride:Existem sinais que indicam que as bactérias podem realmente aumentar sua virulência no espaço, e assim os astronautas têm maior probabilidade de adoecer. Isso é interessante porque geralmente quando você pensa em bactérias, você está pensando em algo que é tão pequeno que a gravidade não deveria desempenhar um papel tão importante.

O grupo da professora Cynthia Collin no RPI [Rensselaer Polytechnic Institute] fez um experimento anterior na ISS mostrando que, quando você tem gravidade normal, as bactérias são capazes de se mover e formar essas formas semelhantes a cogumelos, versus bactérias móveis em microgravidade formam esse tipo de biofilme em forma de dossel. Então, basicamente, eles não são mais tão limitados e podem começar a crescer externamente nessa morfologia incomum.

Nosso trabalho atual é uma colaboração com UC Boulder e Luis Zea como o investigador principal. Então, agora, em vez de apenas olhar como as bactérias respondem à microgravidade versus gravidade na Terra, também estamos observando como eles crescem em diferentes substratos de engenharia. E também, mais fundamentalmente, podemos ver por que os biofilmes de bactérias se formam da mesma forma que na Terra, apenas retirando aquela variável de ter a gravidade.

Existem dois experimentos diferentes, um com biofilmes bacterianos e outro com biofilmes fúngicos. Zea e seu grupo têm cultivado esses organismos em um meio de teste na presença dessas superfícies, e, em seguida, caracterizando-os pela massa de biofilme, a espessura, morfologia, e então a expressão do gene. Essas amostras agora serão enviadas para a estação espacial para ver como elas crescem lá.

P:Então, com base nos testes anteriores, o que você espera ver quando as amostras voltarem para a Terra depois de dois meses?

Varanasi:O que descobrimos até agora é que, Interessantemente, uma grande quantidade de biomassa cresce em superfícies superhidrofóbicas, que geralmente é considerado antivegetativo. Em contraste, nas superfícies impregnadas de líquido, a tecnologia por trás da Liquiglide, basicamente não houve crescimento de biomassa. Isso produziu o mesmo resultado do controle negativo, onde não havia bactérias.

Também fizemos alguns testes de controle para confirmar que o óleo usado nas superfícies impregnadas com líquido não é biocida. Então, não estamos apenas matando as bactérias, eles simplesmente não estão aderindo ao substrato, e eles não estão crescendo lá.

McBride:Para as superfícies LIS, veremos se os biofilmes se formam neles ou não. Acho que os dois resultados seriam muito interessantes. Se os biofilmes crescerem nessas superfícies no espaço, mas não no chão, Acho que isso vai nos dizer algo muito interessante sobre o comportamento desses organismos. E claro, se os biofilmes não se formarem e as superfícies impedirem a formação como fazem no solo, então isso também é ótimo, porque agora temos um mecanismo para evitar a formação de biofilme em alguns dos equipamentos da estação espacial.

Portanto, ficaríamos felizes com qualquer um dos resultados, mas se o LIS tiver um desempenho tão bom quanto no terreno, Acho que terá um grande impacto nas missões futuras em termos de prevenção de biofilmes e não adoecimento de pessoas.

Fundamentalmente, do ponto de vista da ciência, queremos entender o crescimento desses filmes e entender tudo da biomecânica, biofísico, e mecanismos bioquímicos por trás do crescimento. Ao adicionar a morfologia da superfície, textura, e outras propriedades, como as superfícies impregnadas de líquido, podemos ver novos fenômenos no crescimento e evolução desses filmes, e talvez realmente encontre uma solução para resolver o problema.

Varanasi:E isso pode levar ao design de novos equipamentos ou até mesmo trajes espaciais com esses recursos. Então é aí que eu acho que gostaríamos de aprender com isso e então propor soluções.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.