Cientistas dos EUA O Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) completou uma investigação de biologia de voo espacial a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) que revela como a microgravidade altera fundamentalmente o metabolismo microbiano, limitando a eficiência dos processos de fabricação biológica críticos para futuras missões espaciais de longa duração. Os achados foram publicados recentemente no periódico 41526 - 026 - 00560 - Sim. O projeto de micróbios melanizados para usos múltiplos no espaço (MELSP), lançado para a Estação Espacial em novembro 2023, examinou como a microgravidade afeta a capacidade de micróbios engendrados para produzir melanina, um biopolímero multifuncional conhecido por suas propriedades estáveis e antioxidantes.

Os resultados da missão completada mostram que enquanto os micróbios permanecem capazes de produzir melanina no espaço, a microgravidade interfere significativamente no transporte do substrato, nas respostas de estresse celular e no equilíbrio metabólico, reduzindo, em última análise, a eficiência de produção. .Nossos achados mostram que a microgravidade não atrasa simplesmente o crescimento microbiano, ele religa como as células movem nutrientes, gerenciam o estresse e alocam recursos metabólicos,. disse Zheng Wang, investigador principal do MELSP e um biólogo de pesquisa no NRL.. Estas restrições devem ser abordadas se os micróbios são capazes de fabricar materiais, medicamentos ou componentes de suporte de vida de forma confiável durante missões de longa duração..

Melanin foi selecionado como um modelo de bioprodução por causa da sua pigmentação visível e relevância para aplicações espaciais, incluindo proteção contra radiações. No estudo, os cientistas do NRL voaram com a Escherichia coli capaz de produzir melanina através de uma enzima tirosinase e compararam amostras cultivadas no espaço com controles terrestres idênticos. Apesar de produzir uma enzima ativa, as bactérias cultivadas pelo ISS geraram significativamente menos melanina do que amostras de solo.

. Isso foi surpreendente, disse Wang.. Os micróbios não produziram tão bem quanto esperávamos. O ambiente espacial apresenta muitos desafios que afetam o crescimento microbiano e a atividade, e este estudo nos ajudou a identificar esses desafios para que possamos começar a pensar sobre como superá-los. Análises bioquímicas, proteômicas e metabolômicas de acompanhamento revelaram que a limitação não era a produção de enzimas, mas prejudicou o transporte e utilização da tirosina, o precursor molecular necessário para a síntese da melanina.

їMicrogravidade altera o comportamento dos fluidos, levando a taxas de crescimento e fenótipos alterados nos ambientes espaciais,.. disse Tiffany Hennessa, Ph.D., NRL Research Biology, Laboratory for Molecular Interfaces, co- investigador principal do MELSP.. Nossos dados indicam que, sob estas condições, as células lutam para importar e processar de forma eficiente substratos chave, mesmo quando a própria máquina biossintética permanece intacta. A máquina dentro da célula estava lá, mas os inputs não estavam chegando onde precisavam estar, e isso impactou diretamente a produção de melanina. A análise proteômica mostrou que os micróbios criados pelo ISS aumentaram a expressão de proteínas de resposta ao estresse, incluindo vias associadas ao estresse oxidativo, respiração e reparo de DNA. O perfil metabolômico revelou ainda mais marcadores de estresse elevados, como a trehalose, juntamente com o depleção de glutatião, uma molécula chave envolvida na manutenção do equilíbrio de redox celular.

. Vimos aumento da produção de proteínas e produtos químicos relacionados ao estresse associados às respostas ao estresse, disse Hennessa..Isso nos diz que as células estavam sob pressão no ambiente espacial, e quando isso acontece, a sobrevivência se torna uma prioridade maior do que a produção de biomateriais extras.. Para validar os resultados do vôo espacial, o NRL colaborou com Cheryl Nickerson, Ph.D., e seu laboratório na Universidade Estadual do Arizona. A equipe reproduziu os achados chave usando um bioreator de vaso de parede rotativo (RWV) na Terra que simula condições de microgravidade de baixa audição. Estes experimentos confirmaram a redução da produção de melanina, alteração do metabolismo e diminuição da viabilidade microbiana sob condições de microgravidade.

. Este estudo fornece uma verificação crítica da realidade para a biofabricação espacial, disse Wang..Os micróbios de engenharia para o espaço não são apenas genes e enzimas, são sobre a concepção de sistemas que contabilizam o transporte, o estresse e as forças físicas exclusivas do ambiente espacial.. . Estas são essencialmente pequenas fábricas de células, disse Hennessa..Se pudermos descobrir como ajudá-los a gerenciar o estresse e mover os nutrientes de forma mais eficiente, podemos tornar a biofabricação no espaço muito mais confiável..

Os resultados do MELSP fornecem informações acionáveis para esforços futuros para engendrar sistemas de produção microbiana resilientes e de alto rendimento para exploração no espaço profundo. As estratégias potenciais incluem redesenhar vias de transporte, aliviar a carga metabólica e desenvolver bioreatores que compensam a ausência de misturas baseadas na gravidade. O estudo contribui para um crescente corpo de pesquisas que informam as missões da NASA e os esforços mais amplos do Departamento de Guerra para habilitar operações humanas sustentáveis além da órbita terrestre baixa.

Sobre os EUA Laboratório de Pesquisa Naval. O NRL é um comando científico e de engenharia dedicado à pesquisa que impulsiona a inovação avança para os EUA. Marinha e Maine Corps do fundo do mar para o espaço e no domínio de informação. NRL, localizado em Washington D.C. com os principais sites de campo em Stennis Space Center, Mississippi; Key West, Flórida; Monterey, Califórnia, e funcionários aproximadamente 3,000 cientistas civis, engenheiros e pessoal de suporte. O NRL oferece vários mecanismos para colaborar com a comunidade científica mais ampla, dentro e fora do governo federal. Estes incluem Acordos Cooperativos de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADAs), LP-CRADAs, Acordos de Parceria Educativa, acordos sob a autoridade de 10 USC 4892, acordos de licença,.

Para mais informações, entre em contato com o NRL Corporate Communications em mailto: NRLPAO@us.navy.mil.