Stel je voor dat je op weg bent naar Mars, en je verliest een cruciaal stuk gereedschap tijdens een ruimtewandeling. Geen zorgen, je gaat gewoon opnieuw je ruimtevaartuig in en gebruikt wat micro-organismen om je urine en uitgeademde koolstofdioxide (CO ₂ ) in chemicaliën om een ​​nieuwe te maken. Dat is een van de ultieme doelen van wetenschappers die manieren ontwikkelen om lange ruimtereizen mogelijk te maken.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de 254e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

Astronauten kunnen niet veel reserveonderdelen de ruimte in nemen, omdat elke extra ons de brandstofkosten verhoogt die nodig zijn om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen. "Als astronauten reizen gaan maken die meerdere jaren duren, we moeten een manier vinden om alles wat ze meebrengen opnieuw te gebruiken en te recyclen, "Mark A. Blenner, doctoraat, zegt. "Atoomeconomie zal echt belangrijk worden."

De oplossing ligt deels bij de astronauten zelf, die constant afval zal produceren door te ademen, eten en materialen gebruiken. In tegenstelling tot hun vrienden op aarde, Blenner zegt, deze ruimtevaarders zullen geen afvalmoleculen willen weggooien. Dus onderzoeken hij en zijn team hoe ze deze moleculen kunnen hergebruiken en omzetten in producten die de astronauten nodig hebben. zoals polyesters en voedingsstoffen.

Enkele essentiële voedingsstoffen, zoals omega-3 vetzuren, hebben een houdbaarheid van slechts een paar jaar, zegt Blenner, die aan de Clemson University werkt. Ze moeten onderweg gemaakt worden, beginnend een paar jaar na de lancering, of op de bestemming. "Met een biologisch systeem dat astronauten uit een slapende toestand kunnen wekken om te beginnen met produceren wat ze nodig hebben, wanneer ze het nodig hebben, is de drijfveer voor ons project, " hij zegt.

Het biologische systeem van Blenner omvat een verscheidenheid aan giststammen Yarrowia lipolytica . Deze organismen hebben zowel stikstof als koolstof nodig om te groeien. Het team van Blenner ontdekte dat de gist zijn stikstof uit ureum kan halen in onbehandelde urine. In de tussentijd, de gist haalt zijn koolstof uit CO ₂ , die kunnen komen van de uitgeademde adem van astronauten, of uit de atmosfeer van Mars. Maar om CO . te gebruiken ₂ , de gist heeft een tussenpersoon nodig om de koolstof te "fixeren" in een vorm die ze kunnen opnemen. Voor dit doeleinde, de gist vertrouwt op fotosynthetische cyanobacteriën of algen die door de onderzoekers worden geleverd.

Een van de giststammen produceert omega-3-vetzuren, die bijdragen aan het hart, gezondheid van ogen en hersenen. Een andere stam is ontwikkeld om monomeren te produceren en te koppelen om polyesterpolymeren te maken. Die polymeren zouden vervolgens in een 3D-printer kunnen worden gebruikt om nieuwe plastic onderdelen te genereren. Het team van Blenner gaat door met het ontwikkelen van deze giststam om een ​​verscheidenheid aan monomeren te produceren die kunnen worden gepolymeriseerd tot verschillende soorten polyesters met een reeks eigenschappen.

Voor nu, de gemanipuleerde giststammen kunnen slechts kleine hoeveelheden polyesters of voedingsstoffen produceren, maar de wetenschappers werken aan het verhogen van de output. Ze onderzoeken ook toepassingen hier op aarde, in de viskweek en menselijke voeding. Bijvoorbeeld, vissen die via aquacultuur zijn gekweekt, moeten omega-3-vetzuursupplementen krijgen, die kunnen worden geproduceerd door Blenner's giststammen.

Hoewel ook andere onderzoeksgroepen gist aan het werk zetten, ze hanteren niet dezelfde aanpak. Bijvoorbeeld, een team van DuPont gebruikt al gist om omega-3-vetzuren te maken voor de aquacultuur, maar zijn gist voedt zich met geraffineerde suiker in plaats van afvalproducten, zegt Blenner. In de tussentijd, twee andere teams ontwikkelen gist om polyesters te maken. Echter, in tegenstelling tot de groep van Blenner, ze manipuleren de organismen niet om het type polyester dat wordt geproduceerd te optimaliseren, hij zegt.

Wat hun aanpak ook is, deze onderzoekers dragen allemaal bij aan de hoeveelheid kennis over Y. lipolytica , die veel minder is bestudeerd dan, zeggen, de gist die wordt gebruikt bij de productie van bier. "We leren dat Y. lipolytica is nogal wat anders dan andere gisten in hun genetica en biochemische aard, "zegt Blenner. "Elk nieuw organisme heeft een bepaalde mate van eigenaardigheid waarop je je moet concentreren en beter moet begrijpen."