Onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc) en de Indian Space Research Organization (ISRO) hebben een modulaire, op zichzelf staand apparaat om micro-organismen te kweken, waarmee wetenschappers biologische experimenten in de ruimte zouden kunnen uitvoeren.

In een studie gepubliceerd in Acta Astronautica , het team liet zien hoe het apparaat kan worden gebruikt om de groei van een bacterie genaamd Sporosarcina pasteurii gedurende meerdere dagen te activeren en te volgen, met minimale menselijke tussenkomst.

Begrijpen hoe dergelijke microben zich in extreme omgevingen gedragen, zou waardevolle inzichten kunnen opleveren voor menselijke ruimtemissies zoals "Gaganyaan, " India's eerste bemande ruimtevaartuig, gepland voor lancering in 2022. In de afgelopen jaren, wetenschappers onderzoeken steeds vaker het gebruik van een lab-on-chip-platform dat veel analyses combineert in een enkele geïntegreerde chip voor dergelijke experimenten. Maar er zijn extra uitdagingen bij het ontwerpen van dergelijke platforms voor de ruimte, in vergelijking met het laboratorium.

"Het moet volledig op zichzelf staan, " wijst Koushik Viswanathan aan, Universitair docent bij de afdeling Werktuigbouwkunde en senior auteur van de studie. "Daarnaast, je kunt niet gewoon dezelfde bedrijfsomstandigheden verwachten als in een normale laboratoriumomgeving ... en je kunt niet iets hebben dat 500W slurpt, bijvoorbeeld."

Het apparaat ontwikkeld door het IISc- en ISRO-team maakt gebruik van een combinatie van LED- en fotodiodesensoren om de groei van bacteriën te volgen door de optische dichtheid of verstrooiing van licht te meten, vergelijkbaar met spectrofotometers die in het laboratorium worden gebruikt. Het heeft ook aparte compartimenten voor verschillende experimenten. Elk compartiment of 'cassette' bestaat uit een kamer waar bacteriën - als sporen in een sucrose-oplossing gesuspendeerd - en een voedingsbodem kunnen worden gemengd om de groei op gang te brengen door op afstand een schakelaar aan te zetten. Gegevens van elke cassette worden afzonderlijk verzameld en opgeslagen. Drie cassettes worden in een enkele cartridge geknuppeld, die iets minder dan 1 W stroom verbruikt. De onderzoekers voorzien dat een volledige lading die in een ruimtevaartuig zou kunnen gaan, vier van dergelijke cartridges zal bevatten die 12 onafhankelijke experimenten kunnen uitvoeren.

Het team moest er ook voor zorgen dat het apparaat lekvrij was en niet werd beïnvloed door een verandering in oriëntatie. "Dit is een niet-traditionele omgeving voor de bacteriën om te groeien. Het is volledig afgesloten en heeft een zeer klein volume. We moesten zien of we consistente [groei] resultaten zouden krijgen in dit kleinere volume, " zegt Aloke Kumar, Universitair hoofddocent bij de faculteit Werktuigbouwkunde, en een andere senior auteur. "We moesten er ook voor zorgen dat de LED die aan en uit gaat niet veel warmte genereert, die de bacteriegroei-eigenschappen kunnen veranderen." Met behulp van een elektronenmicroscoop, de onderzoekers konden bevestigen dat de sporen in het apparaat groeiden en zich vermenigvuldigden tot staafvormige bacteriën, zoals ze dat onder normale omstandigheden in het laboratorium zouden doen.

"Nu we weten dat deze proof-of-concept werkt, we zijn al begonnen aan de volgende stap ‒ een vliegtuigmodel [van het apparaat] gereed maken, ", zegt Viswanathan. Dit omvat het optimaliseren van de fysieke ruimte die het apparaat kan innemen en de prestaties ervan onder spanningen zoals trillingen en versnelling als gevolg van de zwaartekracht.

Het apparaat kan ook worden aangepast voor het bestuderen van andere organismen zoals wormen, en voor niet-biologische experimenten, zeggen de onderzoekers. "Het hele idee was om een ​​modelplatform te ontwikkelen voor Indiase onderzoekers, " legt Kumar uit. "Nu ISRO begint aan een ambitieuze menselijke ruimtemissie, het moet zijn eigen oplossingen bedenken, thuis gemaakt."