Si la humanidad desea explorar el espacio profundo y vivir y trabajar en otros planetas, es fundamental llevar consigo el entorno terrestre. Esto incluye sistemas de soporte vital que aprovechan procesos biológicos – también conocidos como Sistemas de Soporte Vital Bioregenerativos (BLSS) – pero también las numerosas especies de microbios esenciales para los sistemas vivos. Los humanos ya llevan microbios consigo cuando viajan al espacio, en particular, a la Estación Espacial Internacional (ISS). Estos microbios se convierten en parte del entorno natural, adhiriéndose a las superficies, creciendo en rincones y penetrando en todas partes.
Dada su presencia constante, es primordial comprender cómo sobreviven en el espacio. Además, tienen usos potenciales que podrían permitir una mayor autosuficiencia en el espacio. Por ejemplo, ciertos tipos de bacterias y hongos extraen minerales de las rocas como fuente de nutrientes. En un estudio reciente realizado a bordo de la ISS, investigadores de Cornell y la Universidad de Edimburgo investigaron cómo estas especies podrían utilizarse para extraer platino de un meteorito en condiciones de microgravedad. Sus resultados sugieren que este podría ser un método eficaz para obtener recursos minerales en el espacio y reducir la dependencia de la Tierra.
El estudio fue dirigido por Rosa Santomartino, profesora asistente de ingeniería biológica y ambiental en el College of Agriculture and Life Sciences (CALS) de Cornell, y Alessandro Stirpe, investigador asociado en microbiología en Cornell y la School of Biological Sciences de la Universidad de Edimburgo. Se unieron investigadores de la Medical University of Graz en Austria, Rice University, Cancer Research UK, el UK Centre for Astrobiology de la Universidad de Edimburgo, Kayser Space Ltd y Kayser Italia. Su estudio fue publicado el 30 de enero en npj Microgravity.
*A bioreactor, produced by the BioAsteroid project at the University of Edinburgh. Credit: University of Edinburgh*
El trabajo formó parte del proyecto BioAsteroid, un esfuerzo colaborativo entre la Universidad de Edimburgo y la Agencia Espacial Europea (ESA). Este proyecto está liderado por Charles Cockell, profesor de astrobiología en la Universidad de Edimburgo y autor principal del estudio. Cockell y sus colegas desarrollaron «reactores de biominería» que se desplegaron en la ISS a finales de 2020/principios de 2021 para investigar cómo la gravedad afecta la interacción entre los microbios y la roca en microgravedad.
Estos reactores contenían muestras de un meteorito L-condrita que fueron tratadas con la bacteria Sphingomonas desiccabilis y el hongo Penicillium simplicissimum. Estos microbios son prometedores para la extracción de recursos porque producen ácidos carboxílicos que se unen a los minerales y los liberan de las rocas. Sin embargo, todavía existe cierta ambigüedad sobre cómo funciona este mecanismo. Con este fin, el experimento también incluyó un análisis metabolómico, en el que se extrajo una porción de la cultura líquida y se analizó para detectar biomoléculas y metabolitos secundarios. Como Santomartino dijo en un comunicado de prensa de Cornell Chronicle:
Este es probablemente el primer experimento de este tipo en la Estación Espacial Internacional realizado en un meteorito. Queríamos mantener el enfoque adaptado de alguna manera, pero también general para aumentar su impacto. Estas son dos especies completamente diferentes, y extraerán cosas diferentes. Así que queríamos entender qué y cómo, pero mantener los resultados relevantes para una perspectiva más amplia, porque no se sabe mucho sobre los mecanismos que influyen en el comportamiento microbiano en el espacio.
El experimento fue realizado a bordo de la ISS por el astronauta de la NASA Michael Scott Hopkins, mientras que los investigadores realizaron su propia versión de control en el laboratorio. Esto les permitió examinar cómo funcionaría el experimento en microgravedad en comparación con la gravedad de la Tierra. Santomartino y Stirpe analizaron posteriormente los datos del experimento, que revelaron que de los 44 elementos diferentes, 18 fueron extraídos mediante procesos biológicos. Stirpe dijo:
Dividimos el análisis para cada elemento individual y comenzamos a preguntarnos, ¿la extracción se comporta de manera diferente en el espacio en comparación con la Tierra? ¿Estos elementos se extraen más cuando tenemos una bacteria o un hongo, o cuando tenemos ambos? ¿Es solo ruido, o podemos ver algo que tenga un poco de sentido? No vemos diferencias masivas, pero hay algunas muy interesantes.
NASA astronaut Michael Scott Hopkins performs the insertion of the experiment containers in KUBIK (left) and the six hardware units inserted into the KUBIK onboard the ISS (right). Credits: ESA/NASA/
Su análisis reveló que los microbios obtuvieron resultados consistentes tanto en la gravedad terrestre como en la microgravedad. Sin embargo, también mostró cambios distintos en el metabolismo microbiano, especialmente con las muestras de hongos. En microgravedad, el hongo aumentó su producción de ácidos carboxílicos y otras moléculas, lo que llevó a la extracción de más paladio, platino y otros elementos. Mientras tanto, el experimento de lixiviación no biológica resultó menos eficaz en microgravedad que en la Tierra. Santomartino dijo:
En estos casos, el microbio no mejora la extracción en sí, pero de alguna manera mantiene la extracción a un nivel constante, independientemente de la condición de gravedad. Y esto no es solo cierto para el paladio, sino para diferentes tipos de metales, aunque no todos ellos. De hecho, otro resultado complejo pero muy interesante, creo, es que la tasa de extracción varía mucho según el metal que se considere y las condiciones microbianas y de gravedad.
Este experimento ha demostrado con éxito el potencial de la «biominería», que podría ser utilizada por futuros astronautas que exploren la Luna y Marte. Además de los sistemas de soporte vital que se basan en cianobacterias y otros organismos fotosintéticos para limpiar el aire y generar algas comestibles, los microbios y los hongos podrían utilizarse para lixiviar minerales del regolito local. Estos, a su vez, podrían utilizarse para generar materiales de construcción para estructuras y herramientas, reduciendo la cantidad de suministros que deben enviarse desde la Tierra.
Además, la biominería tiene aplicaciones potenciales en la Tierra, proporcionando un medio biológico para extraer metales en entornos con recursos limitados o de residuos mineros. Esta técnica también podría conducir a biotecnologías que faciliten la aparición de una economía circular y sin residuos. Pero el equipo advierte que se necesita más investigación, ya que hay muchas variables e incertidumbres con respecto al impacto del espacio en los microbios.
“Dependiendo de la especie microbiana, dependiendo de las condiciones espaciales, dependiendo del método que utilicen los investigadores, todo cambia”, dijo Santomartino. “Las bacterias y los hongos son tan diversos entre sí, y la condición espacial es tan compleja que, en la actualidad, no se puede dar una sola respuesta. Así que tal vez necesitemos profundizar más. No quiero ser demasiado poético, pero para mí, esto es un poco de la belleza de eso. Es muy complejo. Y me gusta.”
Para más información: Cornell Chronicle, npj Microgravity.
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