K čemu je experiment BioNutrients?

K čemu je experiment BioNutrients?

9. prosince 2022

Dávní námořníci nemuseli trpět kurdějemi, kdyby v době jejich objevných námořních výprav existovala agentura NASA. Tuto nemoc totiž způsobuje nedostatek vitamínu C, takže mnoho lidí zemřelo proto, že strávili několik měsíců na moři bez čerstvého ovoce a zeleniny. V éře objevných kosmických výprav budou astronauti také potřebovat dostávat správné živiny. Úvahy o tom, jak zajistit dodávky jídla pro několikaletou lunární či marsovskou misi často zmiňují možnost přípravy jídla a živin mimo Zemi. Vědci z NASA nyní testují prvotní verzi potenciálního řešení – získat mikroorganismy produkující zdravé živiny, aby je mohli astronauti vypít, kdykoliv to bude potřeba. Stejný typ systému, který se vyvíjí pro vesmír, by mohl najít uplatnění i na Zemi pro lidi, kteří se nachází v odlehlých oblastech naší planety.

Na snímku vidíme přípravu balíčků pro experiment BioNutrients – probíhá vkládání kvasinek a jejich sypké krmné směsi.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

V rámci experimentu BioNutrients-1 měli astronauti na palubě stanice ISS po dobu pěti let testovat nový systém. Za jeho vývojem stojí Ames Research Center z kalifornského Silicon Valley. Projekt vycházel z jednoduchého konceptu – vezmeme neškodné organismy, které jsou součástí našich pokrmů (v tomto konkrétním případě kvasinky z pekařského droždí), upravíme je tak, aby produkovaly nezbytné živiny a postavíme hardware, který umožní astronautům pěstovat kvasinky v kosmickém prostředí. Tyto malé živé továrničky pak budou vyrábět požadované produkty. V rámci aktuálního experimentu měly mikroorganismy produkovat betakaroten a zeaxantin. Jedná se o antioxidanty přítomné v zelenině, které jsou nezbytné pro udržení zdravého zraku.

Struktura zeaxantinu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Astronauti na ISS nezkonzumují žádný produkt vytvořený v rámci experimentu BioNutrients-1, provedli však už několik fází testů celého systému. V rámci každé zkoušky přidají sterilní vodu ke směsi dehydratovaných kvasinek a práškovému zdroji potravy. Vše dobře promíchají a nechají balíček ohřívat po dobu 48 hodin. Poté je vzorek zamražen pro pozdější analýzu na Zemi. Experti z NASA tak mohou ve svých laboratořích zkontrolovat, jak si systém vedl. Experty zajímalo třeba to, jak moc se v jednotlivých balíčcích kvasinky namnožily a kolik živin experiment vyprodukoval.

Příprava experimentu BioNutrients.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Podobný systém produkující živiny na požádání bude velmi důležitý pro pilotovanou kosmonautiku, protože není možné z balených potravin poskytnout kompletní nutriční spektrum pro několikaletou misi. I kdybychom na živiny včas mysleli a do zásob je ještě před cestou přidali, nepomohlo by to, protože mnohé živiny mají omezenou trvanlivost. Některé sloučeniny (třeba vitaminy) prostě fungují lépe ve své čerstvé formě než ve zpracované tabletce.

Systém BioNutrients-1 testuje hned dva typy kvasnic s odlišným „stylem života“, které jsou v oddělených balíčcích pro produkci živin. Jedna skupina kvasinek v rámci svého životního cyklu vytváří tzv. spory, což jsou klidové formy organismu. Kvasinky mohou v této formě zůstat stabilní po dobu pěti let, což je dostatečná trvanlivost pro případné použití na Měsíci či Marsu. Druhá skupina kvasinek nevytváří spory a proto má kratší výdrž. Tento typ je však zajímavý z jiného důvodu. Lidé totiž jedí stejný typ kvasinek v různých probiotických doplňcích stravy, které jsou na trhu běžně dostupné. A je tu také mnoho dalších druhů kvasinek tohoto typu, které jsou vědcům k dispozici pro potenciální použití v budoucích systémech produkce živin. Pochopení jejich fungování v kosmickém prostoru je tedy pro výzkum velmi důležité.

Příprava experimentu BioNutrients.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Obyvatelé kosmické stanice provádí pravidelné testy na obou typech kvasinek po celou dobu prvotní fáze tohoto experimentu. To umožní vědcům zjistit, jak dlouho jejich speciálně upravené kvasinky zůstanou ve skladu zdravé a schopné vytvořit čerstvé živiny, které lidé potřebují, aby při kosmických misích zůstali zdraví. V rámci dodatečné fáze výzkumu BioNutrients-1 se chtějí experti zaměřit na další typy mikroorganismů, které se liší od obou typů kvasinek testovaných v produkčních balíčcích. Výzkumníci by rádi zjistili, jak odlišné mikroorganismy fungují během pětiletého pobytu na oběžné dráze a jaké genetické vlastnosti jim umožní přežít tuto dlouhou misi. Vzorky těchto specificky připravených biomanufakturních a probiotických mikroorganismů jsou uloženy na stanici za účelem pravidelné dopravy části z nich na Zemi k analýze.

Zatímco experiment BioNutrients-1 využíval ke kultivaci a množení kvasinek pevné nádoby, experiment BioNutrients-2 už používá lehčí a prostorově méně náročné sáčky. Kromě toho se rozšířil i počet studovaných druhů mikroorganismů.
Zdroj: https://external-preview.redd.it/

Experiment BioNutrients-2 byl na Mezinárodní kosmickou stanici dopraven 26. listopadu letošního roku lodí Dragon 2 v rámci mise CRS-26. Tato fáze studie je postavena na prvotních výsledcích experimentu BioNutrients-1 a obsahuje několik nových možností. Hlavním cílem je otestovat systém pro výrobu specifického množství klíčových živin s použitím minimálního vybavení. BioNutrients-2 rozšířil množství testovaných typů mikroorganismů. Stále jsou tu dva kmeny kvasinek z BioNutrients-1, ale k nim přibyly další 4 nové typy. Jde o dva mikroorganismy, které se podílí na výrobě jogurtu, jeden mikroorganismus, který pomáhá s fermentací mléka, tedy výrobou kefíru a pak je tu ještě další typ kvasinek, které jsou speciálně upraveny k produkci folistatinu, což je protein spojený s udržováním svalové hmoty.

Celé tohle spektrum typů mikrorganismů bude testováno na novém hardwaru. Systém využívá lehké a flexibilní pytlíky, které jsou svým tvarem srovnatelné se stávajícími potravinářskými balíčky pro posádku. V rámci BioNutrients-1 se naopak používaly pevné nádoby. Tato změna snižuje hmotnost a objem celého systému. Nabízí tak řadu výhod pro dlouhodobé kosmické mise, při kterých jsou jak objem, tak hmotnost vždy omezené. Pro každý typ vzorku se plánují dva pokusy. Ten první proběhne zhruba 30 – 60 dní po startu, druhý pak po přibližně půl roce. V rámci každého pokusu posádka vyjme čtyři sáčky s daným typem vzorku, přidá do nich vodu a promíchá obsah sáčku. Poté astronauti umístí sáčky do inkubátoru, který podpoří rozvoj mikroorganismů. Na konci každého pokusu posádka vyjme sáčky z inkubátoru a zamrazí je. Sáčky budou stále ve zmrzlém stavu převezeny na Zemi k analýze.

Leden 2021 – Shannon Walker na ISS obsluhuje experiment BioNutrients.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Metoda, kterou NASA vyvíjí pro budoucí výpravy astronautů by našla už teď uplatnění u lidí, kteří žijí v odlehlých částech světa. Výsledky ze studie ukáží expertům, jak vyrábět další molekuly, které budou pro lidské zdraví v kosmickém stavu důležité – jde třeba o různé léky pro léčbu nejrůznějších onemocnění. Nadějný výzkum probíhá i za účelem využívání mikroorganismů k provádění širokého spektra úkolů při kosmických misích. Vývojem mikroorganismů, které dokáží přečkat dlouhá období neaktivity a poté mohou být úspěšně oživeny, se experiment BioNutrients pomalu posouvá k tomu, aby se budoucnost stala skutečností.

Důležité milníky:

Duben 2019 – Kosmická loď Cygnus NG-11 dopravila na stanici ISS experiment BioNutrients-1.
Červen 2019 – Pokus s balíčky BioNutrients-1 provedl kanadský astronaut David Saint-Jacques.
Červen 2019 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon při misi CRS-17.
Srpen 2019 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon při misi CRS-18.
Leden 2020 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon při misi CRS-19.
Leden 2020 – Pokus s balíčky BioNutrients-1 provedl americký astronaut Andrew Morgan.
Duben 2020 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon při misi CRS-20.
Leden 2021 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon 2 při misi CRS-21.
Leden 2021 – Pokus s balíčky BioNutrients-1 provedla americká astronautka Shannon Walker.
Červenec 2021 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon 2 při misi CRS-22.
Leden 2022 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon 2 při misi CRS-24.
Únor 2022 – Pokus s balíčky BioNutrients-1 provedl americký astronaut Thomas Marshburn.
Srpen 2022 – Vzorky z BioNutrients-1 se vrací na Zemi na palubě lodi Dragon 2 při misi CRS-25.
Listopad 2022 – Kosmická loď Dragon 2 dopravila na stanici ISS při misi CRS-26 experiment BioNutrients-2.