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, comida, y otros consumibles. Estos deberán provenir de Marte, porque importarlos de la Tierra no sería práctico a largo plazo. En Fronteras en microbiología , Los científicos muestran por primera vez que las cianobacterias Anabaena se pueden cultivar solo con gases locales, agua, y otros nutrientes y a baja presión. Esto hace que sea mucho más fácil desarrollar sistemas biológicos de soporte vital sostenibles.

"Aquí mostramos que las cianobacterias pueden utilizar gases disponibles en la atmósfera marciana, a una presión total baja, como su fuente de carbono y nitrógeno. Bajo estas condiciones, Las cianobacterias mantuvieron su capacidad de crecer en agua que contenía solo polvo similar a Marte y aún podrían usarse para alimentar a otros microbios. Esto podría ayudar a que las misiones a largo plazo a Marte sean sostenibles, "dice el autor principal, el Dr. Cyprien Verseux, un astrobiólogo que dirige el Laboratorio de Microbiología Espacial Aplicada en el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen, Alemania.

Atmósfera de baja presión

Las cianobacterias han sido durante mucho tiempo consideradas candidatas para impulsar el soporte vital biológico en misiones espaciales, ya que todas las especies producen oxígeno a través de la fotosíntesis, mientras que algunas pueden fijar el nitrógeno atmosférico en nutrientes. Una dificultad es que no pueden crecer directamente en la atmósfera marciana, donde la presión total es inferior al 1% de la de la Tierra, de 6 a 11 hPa, demasiado baja para la presencia de agua líquida, mientras que la presión parcial de nitrógeno gaseoso (0,2 a 0,3 hPa) es demasiado baja 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 cultural tendría que ser robusto, por lo tanto, pesado para el flete, para resistir las diferencias de presión:"Piense en una olla a presión, "Dice Verseux. Así que los investigadores buscaron un término medio:una atmósfera cercana a la de Marte que permita que las cianobacterias crezcan bien.

Para encontrar las condiciones atmosféricas adecuadas, Verseux y col. desarrolló un biorreactor llamado Atmos (para "Probador de atmósfera para sistemas orgánicos con destino a Marte"), en el que se pueden cultivar cianobacterias en atmósferas artificiales a baja presión. Cualquier entrada debe provenir del propio Planeta Rojo:aparte del nitrógeno y el dióxido de carbono, gases abundantes en la atmósfera marciana, y agua que podría extraerse del hielo, los nutrientes deben provenir de "regolito", el polvo que cubre planetas y lunas similares a la Tierra. Se ha demostrado que el regolito marciano es rico en nutrientes como fósforo, azufre, y calcio.

Anabaena:cianobacterias versátiles cultivadas en polvo similar a Marte

Atmos tiene nueve recipientes de 1 L de vidrio y acero, cada uno de los cuales es estéril, calentado, controlado por presión, y monitorizado digitalmente, mientras que los cultivos en el interior se agitan continuamente. Los autores eligieron una cepa de cianobacterias fijadoras de nitrógeno llamada Anabaena sp. PCC 7938, porque las pruebas preliminares mostraron que sería particularmente bueno para usar los recursos marcianos y ayudar a cultivar otros organismos. Se ha demostrado que las especies estrechamente relacionadas son comestibles, apto para ingeniería genética, y capaz de formar células latentes especializadas para sobrevivir a las duras condiciones.

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 más baja que en la Tierra. Las cianobacterias crecieron tan bien como bajo el aire ambiente. Luego probaron la combinación de la atmósfera modificada con regolito. Porque nunca se ha traído ningún regolito de Marte, utilizaron un sustrato desarrollado por la Universidad de Florida Central (llamado "Mars Global Simulant") en su lugar para crear un medio de crecimiento. Como controles, Anabaena se cultivó en medio estándar, ya sea al aire ambiente o bajo la misma atmósfera artificial de baja presión.

Las cianobacterias crecieron bien en todas las condiciones, incluso en regolito bajo la mezcla rica en nitrógeno y dióxido de carbono a baja presión. Como se esperaba, crecieron más rápido en un medio estándar optimizado para cianobacterias que en Mars Global Simulant, bajo cualquier atmósfera. Pero esto sigue siendo un gran éxito:si bien el medio estándar debería importarse de la Tierra, regolito es omnipresente en Marte. "Queremos utilizar como nutrientes los recursos disponibles en Marte, y solo esos, "dice Verseux.

Se trituró biomasa seca de Anabaena, suspendido en agua esterilizada, filtrado, y utilizado con éxito como sustrato para el crecimiento de la bacteria E. coli, probando que azúcares, aminoácidos, y se pueden extraer de ellos otros nutrientes para alimentar a otras bacterias, que son herramientas menos resistentes pero probadas para la biotecnología. Por ejemplo, E. coli podría modificarse más fácilmente que Anabaena para producir algunos productos alimenticios y medicinas en Marte que Anabaena no puede.

Los investigadores concluyen que la fijación de nitrógeno, Las cianobacterias productoras de oxígeno se pueden cultivar de manera eficiente en Marte a baja presión en condiciones controladas. con ingredientes exclusivamente locales.

Más refinamientos en la tubería

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 en Marte de manera eficiente, "Dice Verseux. Sugieren ajustar la combinación de presión, dióxido de carbono, y nitrógeno óptimo para el crecimiento, mientras se prueban otros géneros de cianobacterias, quizás diseñado genéticamente para misiones espaciales. También es necesario diseñar un sistema de cultivo para Marte:

"Nuestro biorreactor, Atmos, no es el sistema de cultivo que usaríamos en Marte:está destinado a probar, en la tierra, las condiciones que daríamos allí. Pero nuestros resultados ayudarán a guiar el diseño de un sistema de cultivo marciano. Por ejemplo, la presión más baja significa que podemos desarrollar una estructura más liviana que sea más fácil de transportar, ya que no tendrá que soportar grandes diferencias entre el interior y el exterior, "concluye Verseux.