Pengujian Kuman Tingkat Lanjut di Stasiun Luar Angkasa Meningkatkan Pemantauan Air Limbah

Setelah kain yang digunakan untuk menyeka stasiun luar angkasa tiba di Bumi, kain tersebut dibilas dalam toples air yang terlihat di sini dengan tutup berwarna oranye untuk menghilangkan mikroba. Cairan tersebut kemudian dikonsentrasikan ke dalam vial (inset) ini untuk diuji oleh sistem CP Select InnovaPrep. (Gambar:NASA)

Melacak penyebaran COVID-19 di masyarakat memberikan data penting bagi pejabat kesehatan masyarakat dan individu untuk mengambil keputusan selama pandemi. Salah satu metode yang terbukti bermanfaat adalah mengumpulkan, memusatkan, dan menguji air limbah kota untuk mengetahui keberadaan virus yang menyebabkan penyakit tersebut. Seiring dengan meningkatnya pengujian ini, teknologi yang dikembangkan NASA untuk mengidentifikasi patogen di dalam pesawat ruang angkasa menghemat waktu dan memberikan hasil yang dapat diandalkan di Bumi.

Astronot NASA Megan McArthur mengumpulkan sampel mikroba dari permukaan di dalam stasiun luar angkasa untuk mempelajari mikroba yang terkait dengan tempat tinggal tertutup dan memprediksi mikroba yang dapat menimbulkan ancaman bagi kesehatan kru. (Gambar:NASA)

Beberapa kontrak Penelitian Inovasi Bisnis Kecil (SBIR) yang diberikan beberapa tahun sebelumnya membantu InnovaPrep LLC dari Drexel, MO, meningkatkan proses biokonsentrasi yang ada dan menerapkannya pada pengujian otomatis untuk virus, bakteri, dan patogen lain di udara dan air serta pada permukaan di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Selain menggunakan bahan filter baru, menyempurnakan proses, dan memodifikasinya agar sesuai dengan ruangan, perusahaan mengembangkan langkah fabrikasi baru untuk mengotomatisasi proses produksi. Sebelum pekerjaan SBIR, perusahaan membuat filter sekali pakai, yang disebut pipet, dan memproduksi sekitar 200 filter seminggu. Kini outputnya mencapai 12.000 per minggu dengan sistem yang dapat ditingkatkan dengan mudah untuk memenuhi peningkatan permintaan.

Peningkatan produksi terjadi tepat pada waktunya. InnovaPrep dapat dengan mudah memenuhi pesanan dari departemen kesehatan masyarakat, laboratorium komersial, dan peneliti seiring dengan upaya pemantauan COVID-19 yang dilakukan. Andy Page, CTO InnovaPrep, memuji NASA atas kemampuan perusahaannya dalam memajukan lini produk AirPrep dan FluidPrep.

"Kami banyak berinteraksi baik dengan para ilmuwan NASA yang memberikan banyak wawasan bagus. Kolaborasi itu sangat berharga," ujarnya. “Program SBIR memungkinkan Anda menemukan hal-hal yang tidak akan dapat Anda temukan dengan mudah tanpa pendanaan tersebut.”

Patogen, termasuk beberapa bakteri dan virus, bisa menjadi lebih berbahaya dalam kondisi gravitasi nol, jadi menjaga pesawat ruang angkasa tetap aman bagi astronot memerlukan kewaspadaan. Namun pengumpulan sampel dan pengujian adalah tugas yang memakan waktu. Laboratorium Propulsi Jet NASA di California Selatan memimpin upaya untuk menjadikannya lebih efisien menggunakan otomatisasi, dengan Kasthuri “Venkat” Venkateswaran, Ilmuwan Riset Senior di JPL, bekerja sama dengan InnovaPrep untuk memodifikasi teknologi konsentrasi sampel untuk ruang angkasa.

Mengkonsentrasikan mikroba dalam galon air hingga beberapa ons untuk pengujian bisa menjadi tugas yang memakan waktu. Namun sistem filtrasi khusus InnovaPrep yang disebut CP Select, yang memanfaatkan keahlian NASA, dapat dengan cepat melakukan hal tersebut di Bumi. (Gambar:InnovaPrep LLC)

Salah satu opsi untuk mendapatkan hasil yang lebih cepat adalah tes reaksi berantai polimerase (PCR). PCR dengan cepat memperkuat segmen kecil materi genetik – DNA atau RNA – dengan membuat banyak salinan. Hal ini menciptakan sampel yang lebih besar untuk pengujian genetik, sehingga lebih mudah untuk mengidentifikasi jenis bakteri atau virus yang ada. Menargetkan fragmen molekul virus atau bakteri tertentu lebih baik dilakukan di luar angkasa daripada menumbuhkan kultur hidup, sebuah proses yang sering digunakan di Bumi.

"Jika Anda menumbuhkan mikroba di luar angkasa, itu berarti satu sel saja akan menjadi miliaran sel. Satu sel tidak akan membahayakan kesehatan manusia, namun menumbuhkan satu sel dalam sistem tertutup itu berbahaya," kata Venkateswaran. Mikroba berukuran kecil sulit ditemukan, sehingga NASA melakukan penelitian untuk mencari tahu apa yang hidup di stasiun luar angkasa.

Sebuah penelitian mengharuskan astronot untuk menyeka permukaan dengan kain steril sebelum mengirimnya ke Bumi. Sesampainya di laboratorium, kain dibilas dengan banyak air, cairan yang dihasilkan disaring, dan mikroba dipekatkan ke dalam sejumlah kecil cairan untuk pengujian. Teknologi SBIR dimaksudkan untuk memusatkan virus dan bakteri, sehingga mengurangi waktu dan biaya yang diperlukan untuk mendapatkan hasil.

InnovaPrep menggunakan struktur pipet sebelumnya untuk pekerjaan SBIR, namun persyaratan filtrasi NASA yang menuntut memaksa perusahaan tersebut untuk mencari material baru. Pengujian menunjukkan pilihan terbaik adalah bahan serat berongga yang terbuat dari 72 sedotan kecil, yang merupakan bagian dari filter di dalam pipet. Filter yang lebih baik berarti lebih banyak sel virus dan bakteri yang ditangkap per sampel.

Perusahaan kemudian mengotomatiskan penerapan lem yang menahan filter pada tempatnya. Hal ini meningkatkan performa dan keandalan perangkat sekaligus menjadi langkah pertama menuju peningkatan produksi.

Menghapus perangkat keras penjelajah Perseverance adalah salah satu langkah dalam strategi Perlindungan Planet NASA untuk membatasi jumlah mikroba Bumi yang pergi ke Mars. Ruang bersih Jet Propulsion Laboratory, salah satu tempat terbersih di planet ini, mengembangkan prosedur menggunakan teknologi InnovaPrep untuk memeriksa mikroba yang tertinggal di permukaan sebelum penerbangan. (Gambar:NASA)

Persyaratan NASA juga mendorong InnovaPrep untuk meningkatkan kualitas cairan berbusa yang menghilangkan mikroba yang terperangkap dari filter.

Untuk mengkonsentrasikan sampel dalam persiapan analisis — termasuk pengujian PCR — pipet berisi filter akan menangkap molekul dan mikroba yang tersuspensi dalam sampel air. Langkah selanjutnya, yang disebut elusi busa basah, mendorong cairan berbusa ke dalam pipet, melintasi permukaan bagian dalam filter untuk mengambil organisme atau kontaminan dari sampel cairan. Tindakan ini akan memasukkannya ke dalam botol, siap untuk diuji.

Penerapan NASA memerlukan modifikasi proses agar dapat berfungsi di luar angkasa, serta umur simpan cairan elusi yang lebih lama. Tabung cairan telah dimodifikasi untuk mengeluarkan cairan dalam gayaberat mikro dan disimpan selama satu tahun atau lebih sebelum digunakan. Dengan beberapa pekerjaan, InnovaPrep memenuhi semua persyaratan NASA.

Sistem biokonsentrasi yang diciptakan untuk gravitasi nol belum digunakan di stasiun luar angkasa, namun perusahaan di Bumi menghemat waktu dan uang dengan peningkatan teknologi. Salah satu keuntungan peralatan pemantauan air dan udara yang ditawarkan InnovaPrep adalah mudah digunakan. Tidak seperti menanam budaya di laboratorium, tidak diperlukan pelatihan khusus.

Bukan hanya pelacakan pandemi saja yang memerlukan konsentrasi dan pengujian patogen. Fasilitas rekreasi menggunakan teknologi InnovaPrep untuk memantau kualitas air di kolam renang. Rumah sakit menggunakannya untuk menyaring ruang dalam ruangan agar tetap steril. Air dari menara pendingin dan sistem air kota diuji secara rutin untuk mengetahui keberadaan legionella bakteri, yang dapat menyebabkan pneumonia parah.

Para petani menguji air irigasi untuk mencari patogen, dan produsen makanan memantau produk dan pembilasan peralatan untuk menghilangkan penyakit yang ditularkan melalui makanan. Konsentrator InnovaPrep FluidPrep yang sekarang digunakan oleh bisnis sangat efisien sehingga JPL mengembangkan serangkaian protokol ruang bersih menggunakan perangkat komersial.

Saat NASA mengirimkan perangkat keras ke planet lain, para ahli teknologi berusaha memastikan perangkat tersebut sebersih mungkin. Tujuannya adalah untuk menghilangkan penumpang mikroskopis dari Bumi untuk membatasi peluang kontaminasi. Staf Cleanroom menggunakan kain steril berukuran tiga kaki persegi untuk menyeka permukaan yang luas, menghilangkan biomateri sebanyak mungkin.

"Jika Anda menambah luas permukaan untuk mengumpulkan, maka jelas Anda menambah cairan yang Anda gunakan. Dan Anda harus melakukan penyaringan yang rumit," kata Venkateswaran. "Semua bahan harus bebas DNA, jadi kami meminta InnovaPrep untuk menghasilkan produk yang lebih steril dari yang mereka miliki. Mereka mengembangkan teknologi untuk memastikan produk mereka bebas dari biomolekul."

Penelitian yang dipublikasikan memverifikasi keefektifan prosedur ruang bersih membantu InnovaPrep menambah pelanggan baru yang membutuhkan lingkungan steril. Namun basis pelanggan terbesar InnovaPrep masih berupa pengawasan air limbah.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini  .