La NASA, en colaboración con otras agencias espaciales líderes, tiene como objetivo enviar sus primeras misiones humanas a Marte a principios de la década de 2030, mientras que empresas como SpaceX pueden hacerlo incluso antes. Los astronautas en Marte necesitarán oxígeno, agua, alimentos y otros consumibles. Debe obtenerse de Marte, porque importarlo de la Tierra sería poco práctico a largo plazo. a Fronteras en microbiologíaLos científicos han demostrado por primera vez que las cianobacterias Anabaena pueden crecer solo con gases locales, agua y otros nutrientes y con baja presión. Esto hace que sea mucho más fácil desarrollar sistemas biológicos de soporte vital sostenibles.

“Estamos demostrando aquí que las cianobacterias pueden utilizar los gases disponibles en Marte Atmósfera, Con un total bajo PresiónComo fuente de carbono y nitrógeno. En estas condiciones, las cianobacterias han mantenido su capacidad de prosperar en agua que contiene solo polvo similar al de Marte, y aún pueden usarse para nutrir a otros microbios. Esto puede ayudar a que las misiones de largo alcance a Marte sean sostenibles ”, dice el autor principal, el Dr. Cyprian Versioux, astrobiólogo que dirige el Laboratorio de Microbiología Espacial Aplicada en el Centro de Tecnología de Microgravedad y Espacio Aplicado (ZARM) de la Universidad de Bremen, Alemania.

Atmósfera de baja presión

Las cianobacterias han sido durante mucho tiempo consideradas candidatas para promover el soporte biológico de la vida en misiones espaciales, y todas las especies producen oxígeno a través de la fotosíntesis, mientras que otras pueden convertir el nitrógeno de la atmósfera en nutrientes. La dificultad es que no pueden crecer directamente en la atmósfera marciana, donde la presión total es menos del 1% de la presión de la Tierra – 6 a 11 hPa, que es muy baja para la presencia de agua líquida – mientras que la presión parcial de gas nitrógeno – 0.2 a 0.3 hPa – es bajo Demasiado para su metabolismo. Pero recrear una atmósfera similar a la de la tierra sería costoso: los gases tendrían que ser importados, mientras que el sistema de cultivo debía ser robusto, y por lo tanto pesado para el envío, para soportar las diferencias de presión: “Piense en una olla a presión”, dice Verseux. Entonces, los investigadores buscaron un término medio: una atmósfera cercana a Marte que permitiría que las cianobacterias prosperasen bien.

Para encontrar las condiciones climáticas adecuadas, Verseux et al. Desarrolló un biorreactor llamado Atmos (para «pruebas atmosféricas de sistemas orgánicos asociados con Marte»), en el que las cianobacterias podrían cultivarse en climas artificiales en baja presión. Cualquier insumo debe provenir del propio planeta rojo: además del nitrógeno y el dióxido de carbono, los abundantes gases en la atmósfera marciana y el agua que se puede extraer del hielo, los nutrientes deben provenir del «regolito», el polvo que cubre la Tierra. como planetas y lunas. Se ha demostrado que el regolito marciano es rico en nutrientes como fósforo, azufre y calcio.

Anabina: una bacteria azul versátil que crece en polvo similar a Marte

Atmos contiene nueve recipientes de 1 litro hechos de vidrio y acero, cada uno esterilizado, calentado, controlado por presión y controlado digitalmente, mientras que los cultivos en el interior se agitan constantemente. Los autores seleccionaron una cepa de cianobacterias fijadoras de nitrógeno llamada Anabaena sp. PCC 7938, porque las pruebas iniciales han demostrado que será particularmente bueno para usar los recursos de Marte y ayudar al crecimiento de otras criaturas. Se ha demostrado que la especie estrechamente relacionada es comestible, adecuada para la ingeniería genética y capaz de crear células durmientes especializadas para sobrevivir a condiciones extremas.

Verseux y sus colegas primero cultivaron Anabaena durante 10 días bajo una mezcla de 96% de nitrógeno y 4% de dióxido de carbono a una presión de 100 hPa, diez veces menos que la presión del suelo. Las cianobacterias también han crecido bajo el aire circundante. Luego probaron la mezcla de atmósfera modificada con regolito. Dado que el regolito nunca fue traído de Marte, utilizaron un sustrato desarrollado por la Universidad de Florida Central (llamado «Simulación Global de Marte») en su lugar para crear un medio de crecimiento. Como controles, Anabaena se cultivó en medio estándar, ya sea en el aire circundante o bajo la misma presión de aire artificial baja.

Las cianobacterias crecieron bien en todas las condiciones, incluido el regolito en una mezcla rica en nitrógeno y dióxido de carbono a baja presión. Como se esperaba, creció más rápido en un medio estándar mejorado para cianobacterias que en simulaciones globales de Marte, bajo cualquiera de las atmósferas. Pero esto sigue siendo un gran éxito: si bien el medio estándar debe importarse de la Tierra, el regolito es omnipresente en Marte. «Queremos usarlos como fuentes de alimento disponibles en Marte, y solo esos», dice Verseux.

La biomasa seca de anabina se molió, se suspendió en agua estéril, se filtró y se utilizó con éxito como sustrato para el desarrollo de la bacteria Escherichia coli, demostrando que de ella se pueden extraer azúcares, aminoácidos y otros nutrientes para alimentar a otras bacterias, que son menos. Herramientas biotecnológicas potentes pero probadas. Por ejemplo, E. coli podría modificarse más fácilmente que Anabaena para producir ciertos productos alimenticios y medicamentos en Marte que Anabaena no podría hacer.

Los investigadores concluyeron que las cianobacterias que fijan nitrógeno, producen oxígeno y pueden crecer de manera eficiente en Marte a baja presión en condiciones controladas, con ingredientes exclusivamente locales.

Más mejoras en la canalización

Estos resultados son un avance importante. Pero los autores advierten que se necesitan más estudios: «Queremos pasar de esta prueba de concepto a un sistema que se pueda usar de manera eficiente en Marte», dice Verseux. Sugieren ajustar la mezcla de presión, SaturarY nitrógeno óptimo para el crecimiento, mientras se prueban otros géneros de Cianobacterias, Puede estar diseñado genéticamente para misiones espaciales. También debes diseñar un sistema de cultivo para Marte:

«Nuestro biorreactor, Atmos, no es el sistema agrícola que usamos en Marte: tiene como objetivo probar las condiciones que tendremos allí en la Tierra. Pero nuestros resultados ayudarán a orientar el diseño del sistema agrícola marciano. Por ejemplo, baja presión significa podemos desarrollar una estructura ligera más accesible. En el envío, ya que no tendrá que soportar las grandes diferencias entre el interior y el exterior ”, concluye Verseux.