Gli astronauti potrebbero un giorno trarre vantaggio dal riciclaggio dei rifiuti umani durante lunghi viaggi nello spazio (illustrazione fotografica). Credito:American Chemical Society
Immagina di essere in viaggio per Marte, e perdi uno strumento cruciale durante una passeggiata spaziale. Da non preoccuparsi, rientrerai semplicemente nella tua navicella e utilizzerai alcuni microrganismi per convertire l'urina e l'anidride carbonica espirata (CO 2 ) in prodotti chimici per crearne uno nuovo. Questo è uno degli obiettivi finali degli scienziati che stanno sviluppando modi per rendere fattibili lunghi viaggi nello spazio.
I ricercatori presentano oggi i loro risultati al 254th National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).
Gli astronauti non possono portare molti pezzi di ricambio nello spazio perché ogni grammo in più aumenta il costo del carburante necessario per sfuggire alla gravità terrestre. "Se gli astronauti faranno viaggi di diversi anni, dovremo trovare un modo per riutilizzare e riciclare tutto ciò che portano con sé, "Marco A. Blender, dottorato di ricerca, dice. "L'economia atomica diventerà davvero importante".
La soluzione risiede in parte negli stessi astronauti, che genererà costantemente rifiuti dalla respirazione, mangiare e usare i materiali. A differenza dei loro amici sulla Terra, Blender dice, questi viaggiatori spaziali non vorranno buttare via nessuna molecola di scarto. Quindi lui e il suo team stanno studiando come riutilizzare queste molecole e convertirle in prodotti di cui hanno bisogno gli astronauti, come poliesteri e sostanze nutritive.
Alcuni nutrienti essenziali, come gli acidi grassi omega-3, hanno una durata di appena un paio d'anni, dice Blender, che è alla Clemson University. Dovranno essere fatti in viaggio, a partire da pochi anni dopo il lancio, o a destinazione. "Avere un sistema biologico che gli astronauti possono risvegliare da uno stato dormiente per iniziare a produrre ciò di cui hanno bisogno, quando ne hanno bisogno, è la motivazione del nostro progetto, " lui dice.
Il sistema biologico di Blender include una varietà di ceppi di lievito Yarrowia lipolitica . Questi organismi richiedono sia azoto che carbonio per crescere. Il team di Blenner ha scoperto che il lievito può ottenere l'azoto dall'urea nell'urina non trattata. Nel frattempo, i lieviti ottengono il loro carbonio dalla CO 2 , che potrebbe provenire dal respiro esalato degli astronauti, o dall'atmosfera marziana. Ma per usare CO 2 , il lievito richiede un intermediario per "fissare" il carbonio in una forma che possono ingerire. Per questo scopo, il lievito si affida a cianobatteri fotosintetici o alghe fornite dai ricercatori.
Uno dei ceppi di lievito produce acidi grassi omega-3, che contribuiscono al cuore, salute degli occhi e del cervello. Un altro ceppo è stato progettato per sfornare monomeri e collegarli per produrre polimeri di poliestere. Questi polimeri potrebbero quindi essere utilizzati in una stampante 3D per generare nuove parti in plastica. Il team di Blenner sta continuando a progettare questo ceppo di lievito per produrre una varietà di monomeri che possono essere polimerizzati in diversi tipi di poliesteri con una gamma di proprietà.
Per adesso, i ceppi di lievito ingegnerizzati possono produrre solo piccole quantità di poliesteri o sostanze nutritive, ma gli scienziati stanno lavorando per aumentare la produzione. Stanno anche esaminando applicazioni qui sulla Terra, nell'allevamento ittico e nell'alimentazione umana. Per esempio, i pesci allevati in acquacoltura devono ricevere integratori di acidi grassi omega-3, che potrebbe essere prodotto dai ceppi di lievito di Blenner.
Sebbene anche altri gruppi di ricerca stiano mettendo al lavoro il lievito, non stanno adottando lo stesso approccio. Per esempio, un team di DuPont sta già utilizzando il lievito per produrre acidi grassi omega-3 per l'acquacoltura, ma il suo lievito si nutre di zucchero raffinato invece di prodotti di scarto, dice Blender. Nel frattempo, altre due squadre stanno progettando il lievito per produrre poliesteri. Però, a differenza del gruppo di Blender, non stanno ingegnerizzando gli organismi per ottimizzare il tipo di poliestere prodotto, lui dice.
Qualunque sia il loro approccio, questi ricercatori stanno tutti aggiungendo al corpo di conoscenze su Y. lipolitica , che è stato studiato molto meno di, dire, il lievito utilizzato nella produzione della birra. "Lo stiamo imparando Y. lipolitica è un po' diverso da altri lieviti nella loro genetica e natura biochimica, "Blenner dice. "Ogni nuovo organismo ha una certa quantità di stranezze su cui devi concentrarti e capire meglio."
