Olympus está comprometida a ofrecer diseños de microscopios que contribuyan a hacer del mundo un lugar más saludable y seguro. Hoy, gracias a una nueva investigación realizada durante misiones espaciales de larga duración, nuestra tecnología microscópica de escaneo láser confocal permite a los científicos estudiar cosas más allá de nuestro mundo.
Como ejemplo existe el experimento de investigación de la NASA que estudia las biopelículas bacterianas y su impacto en la salud de la tripulación espacial y la seguridad del sistema. Siga su lectura para obtener más información sobre el experimento espacial y cómo la microscopía confocal facilitó su despegue.
Exploración de las biopelículas encontradas en la Tierra y en el espacio
Las comunidades bacterianas que se adhieren a superficies, conocidas como biopelículas, se encuentran por todas partes. Los ejemplos comunes de biopelículas en la Tierra comprenden el limo, que se halla en las rocas de los ríos, el pringue en el desagüe de su fregadero o la placa que se forma en nuestros dientes.
¿Pero, es posible que las bacterias puedan adherirse a superficies en baja gravedad?
En 1998, Robert («Bob») McLean, profesor del Estado de Texas, se propuso responder esta pregunta mientras ayudaba a un grupo de estudiantes de octavo grado con un proyecto destinado a la feria de ciencias. Y, el 29 de octubre de 1998, su experimento de biopelículas en microgravedad despegó con el transbordador (lanzadera) espacial STS-95, desde el Centro Espacial Kennedy en Florida.
Bob McLean y sus dos hijos recopilando resultados del experimento de biopelículas en microgravedad del transbordador STS-95
Su trabajo condujo a una primera publicación, a partir de la cual se concluye que las bacterias pueden formar biopelículas en microgravedad: un descubrimiento que captó la atención de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA).
Experimento de adhesión y corrosión bacteriana (BAC) en vuelo espacial
Puesto que los astronautas comienzan a explorar destinos lejanos a través de vuelos espaciales de larga duración, una prioridad para la NASA es mantenerlos seguros y saludables durante sus misiones. Para tratar la formación de biopelículas en las naves espaciales, recurrieron a Bob en vista de una nueva investigación.
En diciembre de 2020, se lanzó el experimento de adhesión y corrosión bacteriana (BAC) en vuelo espacial a través del SpaceX CRS-21, con Bob como investigador principal y Cheryl A. Nickerson de la Universidad Estatal de Arizona como coinvestigador principal. Los otros miembros que componen este equipo son: Starla Thornhill del estado de Texas, Jenn Barilla, Jiseon Yang, Rich Davis y Sandhya Gangaraju del estado de Arizona junto con su hijo Alistair McLean, y Mark Ott de la NASA.
El equipo estudia el efecto de los vuelos espaciales en la formación de biopelículas mediante la microscopía confocal y otras tecnologías. El experimento ayudaría a responder preguntas importantes sobre las biopelículas en el espacio; por ejemplo:
- ¿Es posible que las biopelículas corroan superficies importantes en el sistema de agua de la Estación Espacial Internacional (ISS)?
- ¿Cuán eficaces son los desinfectantes para eliminar las biopelículas?
- ¿Qué genes bacterianos están involucrados en el crecimiento de las biopelículas y la corrosión de las superficies de acero inoxidable bajo condiciones de microgravedad?
Riesgos de las biopelículas en la salud y seguridad de los vuelos espaciales
Hallar las respuestas a estas preguntas es fundamental porque las biopelículas pueden ser difíciles de eliminar, lo que genera preocupaciones asociadas a la salud de la tripulación en viajes espaciales de larga duración. Bob explicó que «cuando se intentan eliminar bacterias adheridas a una superficie, estas tienen una tendencia a volverse resistentes a los fármacos y a los desinfectantes».
Los microorganismos, como el Pseudomonas aeruginosa o Escherichia coli (E. coli), empleados para el experimento BAC de vuelo espacial forman fácilmente biopelículas que:
- bien se conoce su alta resistencia a los métodos de limpieza tradicionales; y
- también podrían contaminar los sistemas de tratamiento de agua, dando lugar a problemas como la bioincrustación y la corrosión.
En un vuelo espacial de larga duración, la capacidad de controlar el crecimiento microbiano en el sistema de tratamiento de agua es vital para producir agua segura destinada al consumo e higiene personal.
Bob expusó que «es demasiado caro enviar agua fresca todo el tiempo, por lo que toda el agua es reciclada. Básicamente, la orina y la humedad del aliento se recolectan, tratan, purifican y reutilizan como agua potable. Y, obviamente, como existen bacterias asociadas a todos los seres humanos (como en el caso de la tripulación espacial) y la mayoría de los lugares, tales bacterias colonizarán y causarán problemas en algún momento».
La formación de biopelículas también es una característica relevante en el proceso de enfermedades infecciosas generadas por los microorganismos. Si no se controlan, las biopelículas microbianas pueden dañar el sistema de mantenimiento de vida y presentar un riesgo para la salud de los astronautas.
El equipamiento es otra preocupación.
Bob prosigue su explicación: «El factor biopelícula no sólo es un aspecto inquietante para salud de la tripulación, sino también debido al daño potencial que puede generar en el equipamiento. Si se va a Marte, una tripulación está sujeta a una expedición de dos a tres años. Para ir a Marte, pueden transcurrir entre cuatro a seis meses, dependiendo de la posición relativa de los planetas. Después, en algún momento, la Tierra y Marte orbitarán en lados opuestos al Sol. [Lo que impide] ir, dar una vuelta y volar de regreso. Es necesario quedarse allí aproximadamente un año para que todo vuelva a alinearse. Por lo tanto, la integridad de la nave espacial y de su tripulación deben tenerse en cuenta durante este período».
Esta investigación ayudará a desarrollar nuevas estrategias para mitigar biopelículas en vuelos espaciales de larga duración.
Bob McLean interviene en el proceso de inoculación de los vuelos espaciales en el KSC. Ayuda proporcionada por dos miembros del equipo de la Universidad Estatal de Arizona (Jiseon Yang de pie y Sandhya Gangaraju sentado) .
Preparación del experimento para el vuelo espacial usando la microscopía confocal
En la preparación del experimento para el vuelo espacial, Bob y su equipo usaron el microscopio de escaneo láser confocal FV1000 de Olympus y un objetivo de inmersión en agua de 60X en el estado de Texas para capturar imágenes 3D de la biopelículas bacterianas provenientes de la instrumentación de vuelo, relevante para el sistema de agua de la ISS.
Estas imágenes permitieron identificar la ubicación de la biopelícula, las poblaciones bacterianas y la estructura de las biopelículas hidratadas. Las bacterias fueron fáciles de distinguir usando microscopía confocal porque contenían genes de fluorescencia.
Por ejemplo, el Pseudomonas aeruginosa contenía proteína verde fluorescente (GFP) y el Escherichia coli contenía mCherry. Es posible ver los distintos colores, verde y rojo, en las imágenes a continuación:
Imágenes confocales de biopelículas provenientes de la instrumentación de vuelo. Izquierda: Biopelículas (Pseudomonas aeruginosa, verde) sobre teflón. Derecha: Biopelículas (Escherichia coli, rojo y Pseudomonas aeruginosa, verde) sobre acero inoxidable.
Estos datos experimentales marcaron un acontecimiento importante: la NASA autorizó el experimento de vuelo que se lanzó a través del SpaceX CRS-21. En la actualidad, el microscopio confocal de Olympus sigue siendo usado por estos investigadores en el estado de Texas para llevar a cabo más estudios en relación con el experimento de biopelículas y otros proyectos.
Beneficios al utilizar los microscopios de escaneo láser confocal para la investigación de biopelículas
Bob y su equipo han actualizado el modelo de su microscopio al microscopio de escaneo láser confocal FV3000. Alissa Savage, quien administra la instalación principal del estado de Texas, en el Centro de Servicios de Investigación de Análisis (ARSC), explicó por qué le gusta usar el microscopio confocal Olympus.
Alissa menciona que «hay dos aspectos principales: La facilidad de uso. Ya que al pasar del FV1000 al FV3000, la optimización es rápidamente perceptible, lo cual es fantástico. Por otra parte, la disponibilidad de los técnicos para ayudar siempre que hay preguntas o en cualquier aspecto asociado a la investigación. Esas dos cosas son las que hacen destacar a Olympus de otros competidores».
Alissa Savage forma a un nuevo usuario para el microscopio de escaneo láser confocal FV3000
Bob destacó por qué la imagen confocal era vital para su investigación de biopelículas.
«A pesar de que la microscopía electrónica podría dar una resolución mucho más alta, la ventaja de la técnica confocal es la capacidad que brinda para observar materiales hidratados e incluso vivos sin obtener artefactos de deshidratación, asociados a los altos requisitos de vacío en la microscopía electrónica de transmisión y la microscopía electrónica de escaneo.
[El funcionamiento] es maravilloso con nuestras muestras».
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