Une nouvelle méthode de culture de cyanobactéries dans les conditions martiennes a été développée
La NASA, en collaboration avec d'autres grandes agences spatiales, prévoit d'envoyer ses premières missions avec équipage sur Mars au début des années 2030, alors que des entreprises comme SpaceX pourraient le faire encore plus tôt.
Les gens sur Mars auront besoin d'oxygène, d'eau, de nourriture et d'autres fournitures. Ils doivent provenir de Mars car les importer de la Terre ne serait pas pratique à long terme. Les scientifiques ont maintenant montré pour la première fois que les cyanobactéries Anabaena ne peuvent être cultivées qu'en utilisant des gaz locaux, de l'eau et d'autres nutriments et sous basse pression. Cela facilite grandement le développement de systèmes biologiques durables de survie.
«Nous montrons que les cyanobactéries peuvent utiliser les gaz de l'atmosphère martienne à basse pression totale comme source de carbone et d'azote. Dans ces conditions, les cyanobactéries conservaient la capacité de se développer dans une eau contenant uniquement de la poussière martienne et pouvaient encore être utilisées pour nourrir d'autres microbes. Cela pourrait contribuer à rendre les missions à long terme vers Mars durables », déclare l'auteur principal de l'étude, le Dr Cyprien Verse, astrobiologiste à l'Université de Brême, en Allemagne.
Atmosphère basse pression
Les cyanobactéries ont longtemps été considérées comme des candidates à la vie biologique dans les voyages spatiaux, car toutes les espèces produisent de l'oxygène par photosynthèse, tandis que certaines peuvent fixer l'azote atmosphérique pour les nutriments.
La difficulté réside dans le fait qu'ils ne peuvent pas croître directement dans l'atmosphère de Mars, où la pression totale est inférieure à 1% de celle de la Terre - de 6 à 11 GPa, ce qui est trop petit pour la présence d'eau liquide, tandis que la pression partielle la pression de l'azote gazeux est de 0,2 à 0,3 GPa, c'est trop peu pour leur métabolisme.
Mais recréer une atmosphère semblable à la Terre serait une entreprise coûteuse: les gaz devraient être importés, tandis que le système de culture devrait être fiable - donc lourd à transporter pour résister aux changements de pression. Par conséquent, les chercheurs recherchaient un terrain d'entente: une atmosphère proche de martienne, qui permet aux cyanobactéries de bien se développer.
Pour trouver des conditions atmosphériques appropriées, les scientifiques. ont développé un bioréacteur appelé Atmos (pour «Atmospheric Tester for Organic Systems Associated with Mars»), dans lequel les cyanobactéries peuvent être cultivées dans des atmosphères artificielles à basse pression.
Toute substance doit provenir de la planète rouge elle-même: en plus de l'azote et du dioxyde de carbone, des gaz abondants dans l'atmosphère de Mars et de l'eau pouvant être obtenue à partir de la glace, les nutriments doivent provenir du «régolithe», la poussière qui recouvre la planète . Le régolithe martien est riche en nutriments tels que le phosphore, le soufre et le calcium.
Anabaena: cyanobactéries polyvalentes cultivées sur la poussière martienne
Atmos dispose de neuf récipients en verre et en acier de 1 litre, chacun stérile, chauffé, contrôlé par pression et contrôlé numériquement, tandis que les cultures sont continuellement agitées à l'intérieur.
Les auteurs ont choisi la souche de cyanobactéries fixatrices d'azote Anabaena sp. PCC 7938, car des tests préliminaires ont montré qu'il utilisera particulièrement bien les ressources martiennes et aidera à cultiver d'autres organismes. Il a été démontré que les espèces étroitement apparentées sont comestibles, génétiquement modifiées et capables de former des cellules dormantes spécialisées pour survivre dans des environnements difficiles.
Les scientifiques ont cultivé Anabaena pour la première fois pendant 10 jours sous un mélange de 96% d'azote et de 4% de dioxyde de carbone à une pression de 100 GPa - dix fois moins que sur Terre. Les cyanobactéries se sont développées aussi bien que dans des conditions normales.
Ils ont ensuite testé la combinaison d'une atmosphère modifiée avec un régolithe. Comme aucun régolithe n'avait jamais été importé de Mars, ils ont utilisé un substrat développé par l'Université de Floride centrale (appelé «Mars Global Simulator») pour créer un environnement de croissance. En tant que témoin, les anabaenae ont été cultivées dans un environnement standard, soit dans l'air ambiant, soit dans la même atmosphère artificielle à basse pression.
Les cyanobactéries ont bien poussé dans toutes les conditions, y compris dans le régolithe sous un mélange riche en azote et en dioxyde de carbone à basse pression. Comme prévu, ils se sont développés plus rapidement sur des supports standard optimisés pour les cyanobactéries que sur le Martian Global Simulator, dans n'importe quelle atmosphère. Mais c'est quand même un grand succès: alors que le support standard devrait être importé de la Terre, le régolithe est omniprésent sur Mars. «Nous voulons utiliser les ressources disponibles sur Mars pour les nutriments, et seulement eux», disent les chercheurs.
La biomasse séchée d'Anabaena a été broyée, mise en suspension dans de l'eau stérile, filtrée et utilisée avec succès comme substrat pour la croissance des bactéries E. coli, prouvant que les sucres, les acides aminés et d'autres nutriments peuvent en être extraits pour nourrir d'autres bactéries qui sont moins résistantes, mais des outils biotechnologiques éprouvés.
Par exemple, E. coli peut être modifié plus facilement qu'Anabaena pour produire de la nourriture et des médicaments sur Mars qu'Anabaena ne peut pas fournir.
Les chercheurs ont conclu que les cyanobactéries fixatrices d'azote et produisant de l'oxygène pouvaient être cultivées efficacement sur Mars à basse pression dans des conditions contrôlées en utilisant uniquement des ingrédients locaux.
Ces résultats constituent un pas en avant important. Mais les auteurs préviennent que des recherches supplémentaires sont nécessaires: «Nous voulons passer de cette preuve de concept à un système qui peut être utilisé efficacement sur Mars», déclare Cyprien Versay.
Les scientifiques proposent d'affiner la combinaison de pression, de dioxyde de carbone et d'azote qui est optimale pour la croissance, ainsi que de tester d'autres types de cyanobactéries, éventuellement génétiquement adaptées pour le vol spatial. Il est également nécessaire de développer un système de culture pour Mars:
«Notre bioréacteur Atmosphere n'est pas le système de culture que nous utiliserions sur Mars: il est conçu pour tester les conditions sur Terre que nous y fournirons. Mais nos résultats aideront au développement d'un système culturel martien. Par exemple, la pression plus basse permet de développer une structure plus légère et plus facile à transporter car elle n'a pas à supporter les grandes différences entre l'espace intérieur et extérieur », conclut Cyprien Verse.