Microbiologen van het U.S. Naval Research Laboratory bereiden experimentele monsters van schimmels voor voor een rit rond de maan, die voorlopig gepland staat voor later in 2021 of begin 2022.

Het experiment heeft tot doel inzicht te geven in de natuurlijke afweer van schimmels tegen straling, een fenomeen dat nuttig zou kunnen zijn voor toekomstige verkenning van de ruimte en duurzaam leven in de ruimte.

"Het afgelopen jaar we hebben de wetenschappelijke verificatietest met succes voltooid om ervoor te zorgen dat het experiment in ons laboratorium werkt, dat is de eerste stap van dit project, " zei Zheng Wang, NRL microbioloog en hoofdonderzoeker van dit project. "Aanvullend, sinds oktober 2020 hebben we de experimentele verificatietest uitgevoerd in het Kennedy Space Center, die de vliegomgeving ongeveer twee maanden nabootst."

Schimmels hebben natuurlijke mechanismen om DNA-schade veroorzaakt door straling te beschermen en te herstellen. Die mechanismen zorgen ervoor dat de schimmels honderden keren meer straling kunnen weerstaan ​​dan de mens. Dit experiment zal de melanine in schimmels bestuderen (wat kan helpen om ze te beschermen tegen schade), evenals DNA-reparatieroutes (die schade herstellen zodra deze is opgetreden). De schimmel die voor dit experiment wordt gebruikt, is Aspergillus niger, een zwarte schimmel die veel wordt gebruikt in laboratoria en de industrie en ook een van de meest voorkomende schimmels die is gedetecteerd op het internationale ruimtestation ISS.

"We kijken naar schimmels die extreem resistent zijn tegen straling en proberen erachter te komen waarom, " zei Jillian Romsdahl, een microbioloog en NRC-postdoctoraal onderzoeker op het project. "Maar we kijken ook naar een grotere vraag hoe biologische systemen zich aanpassen aan de verre ruimte, wat gevolgen heeft voor mensen die naar Mars of verder willen reizen."

De onderzoekers bereiden vier verschillende monsters van Aspergillus niger voor:één wildtype stam en drie gemuteerde stammen die genetisch gemanipuleerd zijn in het laboratorium. Eén gemuteerde stam is defect in het maken van melanine, dus het kan worden vergeleken met de wildtype-stam die melanine produceert.

De andere twee gemuteerde stammen zullen deficiënt zijn in DNA-herstelroutes. De groep van Wang wil weten hoe belangrijk die DNA-routes zijn om de schimmelcellen te beschermen tegen schade door straling. Ze willen ook weten of de straling nieuwe, nog niet ontdekte DNA-routes stimuleert.

Tijdens het eigenlijke experiment de schimmelmonsters zullen worden opgeslagen in de Orion-capsule van NASA en de ruimte in worden gelanceerd, waar het drie weken rond de maan zal reizen. Eenmaal voltooid, NASA zal de monsters terugsturen naar NRL voor analyse.

Onderzoekers zijn van plan om de monsters te vergelijken om te zoeken naar veranderingen in het DNA en andere biomoleculen. De schimmelcellen ondergaan een grondige analyse van morfologische, fysiologisch, en chemische veranderingen.

Langetermijn, onderzoekers hopen de opgedane kennis te gebruiken om nieuwe manieren te onderzoeken om stralingsschade aan mensen en apparatuur in de ruimte te voorkomen.

Het NRL-team onderzoekt deze onderzoeksvragen ook vanuit andere invalshoeken. Wang's onderzoeksgroep is onlangs door NASA geselecteerd om te bestuderen hoe gemelaniseerde schimmelcellen zich aanpassen aan Mars-achtige omstandigheden met behulp van NASA's Antarctische ballonplatform. Het team werkt ook samen met DoD's Space Testing Program en ISS National Laboratory om schimmelmonsters naar het internationale ruimtestation te sturen om te bestuderen hoe microzwaartekracht en straling de productie van nuttige biomaterialen en biomoleculen veranderen.

"Schimmels passen zich uitstekend aan", zei Wang. Als we hun natuurlijke afweermechanismen kunnen benutten, we zouden biologische systemen kunnen gebruiken om beschermende mechanismen te ontwikkelen voor apparatuur of astronauten. Als een DoD-lab, NRL is hiervoor in een uitstekende positie. We hebben de faciliteiten en de mogelijkheden."

Zacharias Schultzhaus, een voormalige Jerome en Isabella Karle Distinguished Scholar Fellow en een andere onderzoeker van het project, zei dat hij gelooft dat het ook mogelijk is om schimmels in de ruimte te laten groeien om verschillende moleculen te produceren voor therapeutische toepassingen, zoals medicijnen of vitamines. In plaats van al het voedsel en medicijnen te dragen die nodig zijn voor een missie, astronauten zouden het op aanvraag kunnen produceren. Na afloop van dit huidige onderzoeksproject hoopt hij dieper op het idee in te gaan.

NRL's werk aan het onderzoeken van de rol van melanine en DNA-herstel bij de aanpassing en overleving van schimmels in de verre ruimte wordt gefinancierd door NASA, en is gepland om door te gaan tot 2022.