Bakterija prilagođena kemijskom sastavu Marsovih sirovina u laboratoriju je proizvela više nego trostruku količinu bioplastike u usporedbi s početnim sojem. Rezultat pokazuje da bi se dio materijala za buduće marsovske postaje mogao dobivati biološkim putem, ali zasad je riječ o pokusu sa simuliranim sirovinama, a ne o proizvodnji na Crvenom planetu.
Soj nazvan sPL.001 razvili su istraživači organizacije Pioneer Labs iz Kalifornije. U preprintu objavljenom 16. rujna na bioRxivu opisuju laboratorijsku prilagodbu bakterije Cupriavidus necator, koja prirodno može nakupljati polimere iz skupine polihidroksialkanoata, poznate pod kraticom PHA.
Ideja je smanjiti količinu potrošnog materijala koji bi trebalo dopremati sa Zemlje. Oprema, mikroorganizmi i izvor energije i dalje bi bili potrebni, dok bi se sirovine za proizvodnju u zamišljenom sustavu dobivale iz marsovskog regolita, vode i atmosfere. Rad još nije prošao stručnu recenziju.
Sirovine postoje, ali bakteriji treba odgovarajuća podloga
Regolit je sloj rastresitog materijala koji prekriva Marsovu površinu. Sadrži mineralne sastojke koji mogu poslužiti kao hranjive tvari, ali i soli, perklorate i metale koji otežavaju rast organizama. Ti su spojevi dio šireg problema marsovske prašine i njezinih rizika za buduće misije.
Istraživači nisu uzgajali bakterije na uzorcima donesenima s Marsa. Koristili su kemijski definiranu tekuću podlogu koja oponaša otopljene sastojke dobivene ispiranjem regolita vodom. Njezin su sastav oblikovali prema podacima marsovskih misija i istraživanjima simuliranog regolita.
Za proizvodnju je važna razlika između pojedinih hranjivih sastojaka. Bakterije koriste acetat kao izvor ugljika i energije, dok dušik dobivaju iz nitrata u podlozi.
U predloženom sustavu acetat bi nastajao elektrokemijskom obradom ugljikova dioksida iz atmosfere. Bili bi potrebni i voda, otapanje hranjivih sastojaka iz regolita te opskrba kisikom. Mikroorganizam ne obavlja sve te poslove sam, nego pretvara pripremljene sirovine u polimer.
Laboratorijska prilagodba povećala je proizvodnju
Tim je ispitao 16 organizama kako bi pronašao one koji mogu koristiti dostupne hranjive sastojke i podnijeti nepovoljan kemijski sastav. Kao najbolji kandidati izdvojili su se Cupriavidus necator i Pseudomonas putida, bakterije već poznate u istraživanjima bioproizvodnje.
Istraživači su ih zatim postupno izlagali zahtjevnijim uvjetima. Takva adaptivna laboratorijska evolucija omogućuje odabir populacija koje bolje rastu u određenom okolišu. U ovom slučaju tražili su veću otpornost na kombinaciju otopljenih sastojaka simuliranog regolita i acetata.
Bolji rast ne mora automatski značiti više korisnog proizvoda. Stanice energiju i hranjive tvari mogu usmjeriti na umnožavanje, umjesto na stvaranje polimera. Tim je zato nakon prilagodbe zasebno izmjerio proizvodnju bioplastike.
Najuspješniji soj C. necator, sPL.001, proizveo je više od 1,5 grama PHA po litri kulture, dok je početni soj u istim simuliranim uvjetima proizveo manje od 0,5 grama po litri. Analiza nuklearnom magnetskom rezonancijom potvrdila je da je izdvojeni materijal očekivani polimer, polihidroksibutirat, odnosno PHB.
Mjerenja su provedena u laboratorijskim kulturama. Autori upozoravaju da te rezultate nije moguće izravno uspoređivati s optimiziranim industrijskim postupcima na Zemlji. Veća proizvodnja u pokusu još ne određuje koliko bi materijala stvarni sustav mogao proizvoditi svakoga dana na Marsu.
Proizvodnja u reaktoru nije teraformiranje planeta
Za rast bi bakterijama trebao zatvoren bioreaktor koji održava temperaturu i tlak te pruža zaštitu od zračenja. Soj nije namijenjen slobodnom razmnožavanju na otvorenoj Marsovoj površini. Potreban mu je i pripremljen izvor organskog ugljika, pa ne može sam stvarati hranu iz Sunčeve svjetlosti.
Uspješna proizvodnja materijala u takvom uređaju bila bi znatno uži zadatak od teraformiranja Marsa, koje podrazumijeva promjenu okoliša u mnogo većim razmjerima. Bioplastika bi, prema autorima, mogla služiti za vlakna, folije, dijelove izrađene 3D ispisom ili određene elemente staklenika. Njihovu prikladnost za konkretnu uporabu trebalo bi dodatno provjeriti.
Isti tim u zasebnom preprintu o zaštiti Marsa od zemaljskih mikroorganizama predlaže okvir za procjenu mogućnosti njihova razmnožavanja nakon slučajnog ispuštanja. U laboratoriju ispituju kako na rast djeluju nedostatak raspoložive vode i organskog ugljika. Time procjenjuju ograničenja rasta, a ne dokazuju da je svako moguće onečišćenje planeta isključeno.
Sljedeći razvojni koraci uključuju prilagodbu samog reaktora, poboljšanje izdvajanja polimera i provjeru mjera koje sprječavaju širenje mikroorganizama izvan reaktora. Presudna bi bila provjera sa stvarnim marsovskim materijalom. Dok se ona ne izvede, sPL.001 ostaje laboratorijski kandidat za lokalnu proizvodnju, uz još otvoreno pitanje koliko bi učinkovito radio u sustavu poslanom na Mars.
