Mikroben-Wächter: neue Methode schützt Mikroorganismen in extremen Umgebungen

BerlinMIT-Forscher haben eine Methode gefunden, Mikroben widerstandsfähig gegen extreme Bedingungen zu machen. Sie mischen Bakterien mit von der FDA zugelassenen sicheren Zusatzstoffen. Diese Mischungen stabilisieren verschiedene Mikroben wie Hefe und Bakterien. Die Forscher haben nachgewiesen, dass diese Mischungen hohe Temperaturen, Strahlung und industrielle Prozesse, die normalerweise Mikroben schädigen, überstehen können.

Wissenschaftler haben diese Mikroben zur Internationalen Raumstation geschickt. Nun überprüfen sie, ob die Mikroben die Reise überstanden haben.

Sie konzentrierten sich vorwiegend auf die Erforschung bestimmter Mikroorganismen.

• Escherichia coli Nissle 1917: Ein Probiotikum, das zur Behandlung von Reisedurchfall verwendet wird.
• Ensifer meliloti: Ein Bakterium, das durch Stickstofffixierung im Boden das Pflanzenwachstum unterstützt.
• Lactobacillus plantarum: Ein Bakterium, das zur Fermentation von Lebensmitteln eingesetzt wird.
• Saccharomyces boulardii: Eine Hefe, die als Probiotikum verwendet wird.

Das Team arbeitete daran, Substanzen zu finden, die Mikroben beim Trocknen zu Pulver durch Lyophilisierung am Leben halten. Normalerweise ist es nicht möglich, diese Mikroben in Tabletten oder Pillen zu verwandeln, da dies schädliche organische Lösungsmittel erfordert. Das MIT-Team entwickelte eine Methode, bei der Bakterien mit etwa 100 verschiedenen sicheren Zutaten gemischt wurden, um herauszufinden, welche davon die Mikroben 30 Tage bei Raumtemperatur lebendig halten.

Forscher entdeckten, dass Zucker und Peptide am effektivsten waren. Sie führten weitere Tests mit dem Probiotikum E. coli Nissle 1917 durch. Durch die Kombination von Koffein oder Hefeextrakt mit einem Zucker namens Melibiose entstand eine stabile Mischung namens "Formulierung D." Diese Mischung ermöglichte es, dass über 10 % der Mikroben nach einer sechsmonatigen Lagerung bei 37 Grad Celsius überlebten. Zum Vergleich: Die kommerzielle Version hielt unter den gleichen Bedingungen nur 11 Tage.

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Formulierung D hielt hohen Dosen ionisierender Strahlung stand, bis zu 1.000 Gray. Zum Vergleich: Die tägliche Strahlenbelastung auf der Erde beträgt etwa 15 Mikrogramm, im Weltraum etwa 200 Mikrogramm pro Tag.

Die Forscher sind sich nicht sicher, wie die Zusatzstoffe die Bakterien schützen. Sie vermuten, dass die Inhaltsstoffe helfen könnten, die Stabilität der bakteriellen Zellmembranen beim Rehydrieren zu bewahren.

Das Team prüfte anschließend, ob diese robusten Mikroben auch unter extremen Bedingungen normal weiterarbeiteten. Ensifer meliloti zeigte sich in der Lage, selbst nach einer Exposition bei Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius weiterhin nützliche Knötchen an Pflanzenwurzeln zu bilden und Stickstoff in Ammoniak umzuwandeln. Die angepasste Version von E. coli Nissle 1917 konnte zudem weiterhin das Wachstum von Shigella flexneri hemmen, einem Erreger, der in einkommensschwachen Ländern für tödliche Durchfälle verantwortlich ist.

Letztes Jahr schickten Wissenschaftler extremophile Mikroben zur ISS. Jetzt sind sie wieder auf der Erde. Das Team vergleicht nun die Proben aus dem Inneren, dem Äußeren der ISS und Kontrollproben von der Erde.

Die Forschung wurde von NASA’s Translational Research Institute for Space Health, dem Space Center Houston, der Abteilung für Maschinenbau des MIT und dem 711 Human Performance Wing der Defense Advanced Research Projects Agency finanziert. Zu den Autoren des Papiers gehören auch Johanna L'Heureux, Emily Kolaya, Gary Liu, Kyle Martin, Husna Ellis, Alfred Dao, Margaret Yang, Zachary Villaverde, Afeefah Khazi-Syed, Qinhao Cao, Niora Fabian, Joshua Jenkins, Nina Fitzgerald, Christina Karavasili, Benjamin Muller und James Byrne.