Zmodyfikowane bakterie pomogą w kolonizacji nowych planet

Skoro ludzie zbierają się w kosmos w poszukiwaniu życia, większość obcych organizmów, których spotkamy, być może, będą wprowadzane przez nas samych. Naukowcy z NASA i innych instytucji starają się biologicznie zmienić bakterii tak, aby wzięli na siebie niektóre funkcje niezbędne do podtrzymania życia poza ziemią. Ludzie starają się powstrzymać drobnoustrojów i ich robić przydatne rzeczy tysięcy lat. Z ich pomocą wykonujemy chleb, piwo i ser, a ostatnio zaczęli produkować z ich pomocą, leki, nawozy i nawet biopaliwa.

Jednak rozwijająca się dziedzina biologii syntetycznej obiecuje znacznie poszerzyć przydatne zdolności drobnoustrojów. Osiągnięcia w dziedzinie edycji genów pozwalają naukowcom modyfikować genomy bakterii tak, aby spełniały one zupełnie nowe funkcje, takie jak produkcja środków chemicznych, nie występujące w naturze, praca w roli биодатчиков, a nawet produkcja obliczeń.

Tak szerokim zakresem umiejętności zainteresowała się NASA, w szczególności dlatego, że agencja zbiera misję na Marsa. Główny problem eksploracji kosmosu jest w ogromnych nakładach na materiały potrzebne do podtrzymania życia na Ziemi, a długie misji daleko od Ziemi mogą czekać dodawanie dostaw miesiącami. Takie rzeczy, jak żywność i lekarstwa, także z czasem nasilają się, więc nawet jeśli u nas będzie miejsce do ich transportu, termin przydatności do spożycia nie pozwoli na przechowywanie ich na zawsze.

Oto dlaczego NASA bada możliwość wykorzystania drobnoustrojów do produkcji ważnych składników odżywczych i materiałów budowlanych spoza planety. Najlepiej chciałbym po prostu zabrać ze sobą pakiety "just add water" z drobnoustrojami, które są genetycznie zaprogramowane na produkcję pewnych składników odżywczych. Agencja już demonstrował roboczą koncepcję z genetycznie zmodyfikowanych drożdży, które produkują zeaksantyna, kluczowy składnik odżywczy dla zdrowia oczu.

Co do materiałów budowlanych, ma za zadanie wykorzystać właściwości fizyczne i chemiczne metody do przekształcenia dwutlenku węgla, której wiele w atmosferze Marsa, proste cząsteczki organiczne. Genetycznie zmodyfikowane bakterie mogą produkować z niej plastiki, włókna i inne rodzaje surowców, które następnie będą za pomocą drukarek 3D morph do mieszkania, narzędzia i części zamienne.

Nie tylko NASA próbuje zmodyfikować drobnoustrojów do zastosowań kosmicznych. Naukowcy z uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley rozwijają się drobnoustroje, które pomogą uczynić марсианскую gleby bardziej nadającą się do życia roślin.

Nadziei na rozwój rolnictwa na Czerwonej planecie mocno приутихли, gdy lądownik Phoenix znalazł się na powierzchni wysokie poziomy chloranów, soli, które mogą być toksyczne dla żywych istot, w 2008 roku. Ale zespół naukowców z Berkeley zaprojektowała drobnoustrojów, które mogą jednocześnie zmniejszyć zawartość perchlorate w glebie i wzbogacać jej amoniakiem, niezbędne dla zdrowego wzrostu roślin.

Mając na uwadze nie tylko kosmiczne zastosowanie, naukowcy z Massachusetts institute of technology stworzył syntetyczną system biologiczny, która mogłaby tworzyć indywidualne lekarstwa na żądanie. Zamiast używać całe organizmy, są to sucha zamarzł segmenty DNA i innych biomolekuł w granulkach, które można регидратировать i rozpocząć produkcję leków.

Taki przenośny system może być wykorzystywany do tworzenia designerskich przeciwciał, które będą w stanie walczyć z chorobami szybko i tanio, a granulki można transportować w temperaturze pokojowej i jest dość łatwy w użyciu.

Mimo, że te projekty są już rozwijane, inni badacze patrzą w przyszłość.

W 2015 roku naukowcy z NASA i Berkeley przedstawili potencjalne możliwości, bliscy i dalecy, wykorzystania drobnoustrojów do obsługi osób spoza planety w Journal of the Royal Society Interface. Zawrzeć projekty, które zostały już opracowane dla produkcji surowców, leków i substancji odżywczych, a także bardziej ambitne plany modyfikacji genetycznej drobnoustrojów w celu uzyskania kwasu, która pozwoli wyodrębnić cenne elementy ze skał, tworząc biologicznego kleju, który mógłby zszywaj марсианскую kurz z produkcją cegieł.

Naukowcy uważają również, że można tworzyć zamknięty system, w którym wszystkie odpady będą przetwarzane przez drobnoustroje do produkcji użytecznych produktów ubocznych. Genetycznie zmodyfikowane mikrobiologiczne ogniwa paliwowe mogą pobierać przydatne substancje chemiczne, takie jak azot i fosfor, ścieków, jednocześnie produkując energię elektryczną.

Bakterie, służące do kompostowania odpadów stałych, mogą być stosowane do wytwarzania tlenku azotu, potencjalnego paliwa rakietowego. Gdybyśmy mogli wypełnić koloniami bakterii ściany domów, by przetwarzane w dwutlenek węgla w nadające się do oddychania tlen i zapewniały самовосстанавливающийся warstwę ochrony przed promieniowaniem.

Patrząc w przyszłość, można zobaczyć, że w końcu wszystkie te syntetyczne organizmy będą dokonywane w postaci systemów zarządzania statkami i osad, występować w postaci биодатчиков i биоконтроллеров, które będą reagować na takie rzeczy, jak wzrost poziomu promieniowania, i monitorować procesy innych syntetycznych organizmów.

Zresztą, wszystko to zgadywanie. Zanim którekolwiek z tych aplikacji ujrzy światło dzienne,trzeba rozwiązać wiele problemów. Nie w ostatniej kolejności, i to, że mimo, że to teoretycznie możliwe, narzędzi do realizacji u nas na Ziemi na razie nie ma. Zmusić ich do pracy w trudnych warunkach kosmosu będzie jeszcze trudniejsze.

Экстремофильные drobnoustroje, które potrafią przetrwać w najbardziej niegościnne miejscach na świecie, takich jak głębinowych źródeł termalnych lub pod arktyczny lód, mogą służyć jako wskazówki dla biologów syntetycznych, próbujących stworzyć bardziej odporne organizmy. Ale połączyć takie cechy z umiejętności przydatnych do produkcji pożądanych substancji — naprawdę titanic złożoności zadania.

I żaden ze znanych nam organizmów nie jest w stanie przystosować się do życia w brak ziemskiej grawitacji. Eksperymenty z udziałem drobnoustrojów, wysyłanych w kosmos, pokazują, że większość z nich czuje się bardzo dobrze i wchodzi w tryb redukcji szkód, który wyłącza wiele nieistotnych dla życia systemów. A to właśnie te systemy, najprawdopodobniej, będą pracować na produkcję potrzebnych nam substancji. Zrozumieć, jak stworzyć drobnoustroje dobre warunki do pracy w kosmosie, też nie jest łatwo z powodu niedostępności tego samego kosmosu.

Zresztą, dzięki nowym technologiom jak CRISPR i metod tworzenia syntetycznych form życia, jest nadzieja, że te problemy zostaną wkrótce rozwiązane. I to będzie przydatne nie tylko dla pierwszych astronautów, ale i dla tych, którzy pozostaną na Ziemi.