Biotehnologie adecvată pentru planeta roșie

A: Atmos Bioreactor (“Tester de atmosferă pentru sisteme organice bazate pe Marte”). B: Singura navă din Atmos. C: contur de proiectare. Credit: C. Verseux / ZARM

O nouă metodă de creștere a cianobacteriilor în condiții precum Marte.

NASA, în colaborare cu agențiile spațiale majore, își propune să trimită primele sale misiuni umane Marte La începutul anilor 2030, în timp ce companiilor le plăcea SpaceX o poate face mai repede. Astronauții de pe Marte vor avea nevoie de oxigen, apă, alimente și alte consumabile. Acestea vor trebui să iasă din Marte, deoarece importul de pe Pământ nu este practic pe termen lung. În Limitări în microbiologie, oamenii de știință au demonstrat pentru prima dată că cianobacteriile Anabaena pot crește cu gaze locale, apă și alți nutrienți și la presiune scăzută. Acest lucru face mult mai ușor dezvoltarea sistemelor biologice durabile pentru a susține viața.

“Arătăm aici că cianobacteriile pot folosi gaze în atmosfera marțiană, la o presiune foarte mică, ca sursă de carbon și azot. În aceste condiții, cianobacteriile și-au menținut capacitatea de a crește în apă care era doar praf asemănător cu Marte și care ar putea fi folosită pentru a hrăni alți microbi. poate contribui la creșterea durabilității misiunilor “, spune autorul Cyprien Verseux, un astrobiolog care conduce Laboratorul de Microbiologie Spațială Aplicată de la Centrul pentru Tehnologie Spațială Aplicată și Microgravitate (ZARM) de la Universitatea din Bremen (Germania).

Atmosferă de joasă presiune

Cianobacteriile sunt considerate mult timp candidați pentru promovarea sprijinului biologic al vieții în misiunile spațiale, deoarece toate speciile produc oxigen prin fotosinteză, în timp ce unele îl pot fixa în substanțe nutritive azotate din atmosferă. O dificultate este că nu pot crește direct în atmosfera marțiană, unde presiunea totală este mai mică de 1% din Pământ – 6 până la 11 hPa, prea mică pentru apa lichidă – în timp ce presiunea parțială a azotului gazos – 0,2 până la 0,3 hPa – este redus.pentru metabolism. Dar ar fi costisitor să recreăm o atmosferă asemănătoare Pământului: ar trebui importate gaze, iar sistemul cultural ar trebui să fie puternic, așa că bunurile grele ar trebui să facă față diferențelor de presiune: „Gândește-te la o oală”, spune Verseux . Așadar, cercetătorii au căutat o cale de mijloc: o atmosferă apropiată de Marte care să permită cianobacteriilor să crească bine.

Pentru a găsi condiții atmosferice adecvate, Verseux și colab. El a dezvoltat un bioreactor numit Atmos („Tester atmosferic pentru sisteme organice legate de Marte”), în care cianobacteriile pot crește în atmosfere artificiale sub presiune scăzută. Orice intrare trebuie să provină chiar de pe Planeta Roșie: pe lângă azot și dioxid de carbon, gaze abundente în atmosfera marțiană și apă care poate fi extrasă din gheață, nutrienții trebuie să provină din „regulatori”, praf care acoperă planete precum Pământul și luna. . S-a demonstrat că regolitul de pe Marte este bogat în substanțe nutritive precum fosfor, sulf și calciu.

Anabaena: cianobacterii versatile crescute în praf asemănător cu Marte

Atmos are nouă recipiente de 1 L din sticlă și oțel, fiecare dintre acestea fiind steril, încălzit, controlat de presiune și controlat digital, în timp ce culturile din interior sunt amestecate constant. Autorii au ales o tulpină de cianobacterii care fixează azotul numit Anabaena sp. PCC 7938, deoarece testele preliminare au arătat că ar fi deosebit de bine să folosim resursele Marte și să ajutăm alte organisme să crească. S-a dovedit că speciile înrudite sunt comestibile, potrivite pentru ingineria genetică și sunt capabile să formeze celule specializate care dorm pentru a supraviețui în condiții dure.

Verseux și colegii săi au crescut Anabaena timp de 10 zile, amestecând 96% azot și 4% dioxid de carbon la o presiune de 100 hPa – de zece ori mai mică decât pe Pământ. Cianobacteriile au crescut, de asemenea, într-un mediu cu vânt. Au testat apoi combinația cu atmosfera modificată regolito. Deoarece nu au fost aduse regulatori de pe Marte, aceștia au folosit un substrat dezvoltat de Universitatea din Florida Centrală (numit „Mars Global Simulant”) pentru a crea sprijin pentru creștere. Ca control, Anabaena a fost cultivată în mediu standard, fie în aerul ambiant, fie în aceeași atmosferă artificială, sub presiune scăzută.

Cianobacteriile au crescut bine în toate condițiile, inclusiv în regulit, într-un amestec de azot de joasă presiune și dioxid de carbon bogat. Așa cum era de așteptat, au crescut mai repede în suportul standard optimizat pentru cianobacterii decât în ​​Mars Global Simulant în ambele atmosfere. Dar acest lucru rămâne un mare succes: deși mediul standard ar trebui importat de pe Pământ, regulatorul este peste tot pe Marte. „Vrem să le folosim ca resurse alimentare pe Marte, și numai pe acestea”, spune Verseux.

Anabaena a fost pe biomasă uscată a solului, suspendată în apă sterilă, filtrată și utilizată cu succes ca substrat pentru creșterea bacteriilor E. coli, zaharuri, aminoacizi, și alți nutrienți pot fi extrasați din aceștia pentru a hrăni alte bacterii, deși nu sunt atât de duri, deoarece sunt instrumente testate și testate pentru biotehnologie. De exemplu, E. coli ar putea fi adaptată mai ușor decât Anabaena pentru a produce unele produse alimentare și medicamente pe care Anabaena nu le poate produce pe Marte.

Cercetătorii au ajuns la concluzia că cianobacteriile producătoare de oxigen fixează azotul care poate crește eficient la presiune scăzută pe Marte în condiții controlate, doar cu componentele sale.

Ameliorări suplimentare ale conductei

Aceste rezultate reprezintă un pas important înainte. Autorii avertizează însă că este nevoie de mai multe cercetări: „Din această dovadă a conceptului vrem să trecem la un sistem care poate fi utilizat în mod eficient pe Marte”, spune Verseux. Ei propun ajustarea combinației optime de creștere a presiunii, a dioxidului de carbon și a azotului în timp ce testează alte genuri cianobacteriene, probabil pentru misiuni spațiale adaptate genetic. Sistemul de cultură Marte trebuie, de asemenea, să fie proiectat:

„Bioreactorul nostru, Atmos, nu este sistemul de cultură pe care l-am folosi pe Marte: vrem să testăm condițiile pe care le-am furniza pe Pământ. Dar rezultatele noastre ne vor ajuta să proiectăm sistemul de cultură pe Marte. De exemplu, putem dezvolta o structură de presiune mai ușoară pentru a ușura transportul, deoarece nu va trebui să reziste diferențelor interne și externe mari ”, a conchis Verseux.

Referință: Cyprien Verseux, Christiane Heinicke, Tiago P. Ramalho, Jonathan Determann, Malte Duckhorn, Michael Smagin și Marc Avila, 16: „O atmosferă de presiune scăzută N2 / CO2 este potrivită pentru sistemele de susținere a vieții bazate pe cianobacterii pe Marte” februarie 2021 , Limitări în microbiologie.
DOI: 10.3389 / fmicb.2021.611798

Proiectul a fost finanțat de Fundația Alexander von Humboldt.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.