Als de mensheid de grenzen van verkenning van de ruimte gaat verleggen, we zullen planten nodig hebben om mee te gaan voor de rit. Niet alleen spinazie of aardappelen, hoewel planten zoveel meer kunnen doen dan ons alleen voeden.

Een wetenschappelijk experiment om de capaciteiten van planten in de ruimte te demonstreren, is aangekomen bij het internationale ruimtestation en is klaar om gegevens door te geven. Het experiment, volgens chemieprofessor en projecthoofdwetenschapper Ming Hammond van de Universiteit van Utah, zal in realtime beoordelen of planten die zijn gemanipuleerd om specifieke eiwitten te produceren, in een proces dat synthetische biologie wordt genoemd, kan dat in de ruimte. Het experiment begon op 18 december en loopt tot en met 28 december.

"Er is veel belofte, potentieel en hopen dat we de in de synthetische biologie ontwikkelde instrumenten kunnen gebruiken om problemen op te lossen, "Hammond zegt, "niet alleen dat je in de ruimte zou vinden, maar waar je een extreme beperking van middelen hebt."

Hammonds betrokkenheid bij dit experiment, genaamd Hydra-1, begon aan de Universiteit van Californië, Berkeley, voor haar recente verhuizing naar de U. Zij en Berkeley afgestudeerde student Rebekah Kitto voegden zich bij een "zeer multidisciplinair team", Hammond zegt, van wetenschappers en ingenieurs die experimenten met synthetische biologie in de ruimte willen uitvoeren.

Synthetische biologie is een vakgebied dat biologische systemen ontwikkelt. In dit geval, het team bekijkt planten als potentiële biofabrieken. Elk organisme produceert van nature talloze eiwitten als onderdeel van zijn biologische functie, dus waarom niet een fabriek bouwen om te produceren, zeggen, een nodig medicijn of een polymeer dat nuttig zou kunnen zijn in toekomstige lange-termijn verkenningsmissies in de ruimte?

"Het voordeel is dat je zaden mee kunt nemen, " zegt Hammond. "Ze zijn erg licht van gewicht. Ze groeien en winnen biomassa met behulp van de CO ₂ dat we uitademen. En als die planten op verzoek eiwitten kunnen produceren, weten we dat planten op grote schaal antivirale en antikankerantilichamen kunnen produceren."

Synthetische biologie is al op aarde gevestigd. Maar het vertalen van diezelfde technologie naar ruimtevluchten vereist een andere reeks overwegingen. Hammond en haar team kwamen veel van deze beperkingen tegen toen ze hun experiment aanpasten om te werken in een kleine kubusvormige behuizing, en zonder de zorg van de bemanning van het ruimtestation. De behuizing is even groot (10 cm aan een kant) als de kleine goedkope CubeSats die steeds populairder worden.

Voor een experiment op aarde, onderzoekers konden monsters van planten testen terwijl ze groeiden om te zien of ze het gewenste eiwit produceerden. Maar dat is geen optie in de ruimte - in de vroege stadia van de planning, het team wist niet eens of ze het experiment aan het einde terug zouden krijgen.

Dus besloot het team om planten te manipuleren om van kleur te veranderen terwijl ze het doeleiwit produceerden. en volg de voortgang met een camera. Het is een elegante en innovatieve oplossing, gebaseerd op een eerder gepubliceerde methode, maar aangepast aan de beperkingen van een kubus in de ruimte.

"We moesten iets nemen dat prachtig werkte in de meest zorgvuldig gecontroleerde en verzorgende omstandigheden, "Hammond zegt, "en laat het werken onder zeer strikte, zware en uitdagende omstandigheden zonder menselijke tussenkomst in de plantenkubus." De plantenkubus is ontworpen met de toekomstvisie om zich voor te bereiden op plantengroeistudies op de maan, en de Hydra-1-missie is een technologische ontwikkelingsstap in de richting van dat doel.

Het team van medewerkers bestrijkt twee continenten, met andere partners bij NASA Ames Research Center, de Internationale Ruimteuniversiteit, en de Universiteit van Straatsburg. Maar als een van de leidende wetenschappers van het experiment, Hammond zal de gegevens van het experiment monitoren, en het uitvoeren van het bijpassende Earthbound-controle-experiment, hier aan de Universiteit van Utah. Het controle-experiment zal dezelfde planten laten groeien, ontwikkeld om hetzelfde eiwit te produceren, maar een dag achterlopen op het experiment op het ruimtestation, zodat onderzoekers de temperatuuromstandigheden van beide experimenten kunnen evenaren.

Het hele experiment duurt 10 dagen. "Op dag vier of vijf zouden we moeten weten of het experiment werkte, ", zegt Hammond. "Er zijn zoveel variabelen waarop we de antwoorden niet kunnen weten." de kubus keert terug naar de aarde en zal verder worden geanalyseerd in Straatsburg. "Ik ben van plan om met deze ervaring ons voor te bereiden op meer scheikunde-experimenten in de ruimte!" zegt Hammond.

Aan de technische kant, het Hydra-1-experiment zal helpen bij het ontwikkelen van een raamwerk, via een commercieel bedrijf genaamd ICE-Cubes, om soortgelijke op kubussen gebaseerde ruimtewetenschappelijke experimenten in de toekomst te commercialiseren.

Het kost veel tijd en moeite om apparatuur in de ruimte te plaatsen, en Hammond waardeert de vele uren werk die het team de afgelopen twee jaar heeft gestoken. "We zijn een kleine maar toegewijde groep vrijwilligers, "zegt ze. "In de afgelopen twee weken, mensen werkten non-stop om last-minute dingen op te lossen die voor de lancering opkwamen. Ik ben gewoon heel trots op de inspanning die iedereen heeft geleverd om ons op dit punt te krijgen."

Hammond en haar familie reisden naar het NASA Kennedy Space Center om de lancering van haar experiment op 5 december te bekijken. die was genesteld in een SpaceX Falcon 9-raket op een bevoorradingsmissie naar het internationale ruimtestation. "Ik denk dat de meesten van ons de aantrekkingskracht en opwinding voelen die wordt opgewekt door het wonder van omhoog kijken en denken aan mensen die leven en werken in het ruimtestation, " zegt ze. "Het was een geweldige kans om de lancering te delen met mijn 6-jarige zoon en andere familieleden. Van alle dingen die ik in de wetenschap heb gedaan, voor hen, is degene die waarschijnlijk de meeste interesse en ontzag wekt."