Um novo método para o cultivo de cianobactérias em condições marcianas foi desenvolvido

A NASA, em colaboração com outras agências espaciais importantes, planeja enviar suas primeiras missões tripuladas a Marte no início de 2030, enquanto empresas como a SpaceX podem fazê-lo ainda antes.

Pessoas em Marte precisarão de oxigênio, água, comida e outros suprimentos. Eles têm que vir de Marte porque importá-los da Terra seria impraticável a longo prazo. Os cientistas agora mostraram pela primeira vez que a cianobactéria Anabaena só pode ser cultivada usando gases locais, água e outros nutrientes e sob baixa pressão. Isso facilita muito o desenvolvimento de sistemas de suporte biológico sustentável.

“Mostramos que as cianobactérias podem usar os gases da atmosfera marciana em baixa pressão total como fonte de carbono e nitrogênio. Sob essas condições, as cianobactérias retiveram a capacidade de crescer em água contendo apenas poeira marciana e ainda podiam ser usadas para alimentar outros micróbios. Isso poderia ajudar a tornar sustentáveis ​​as missões de longo prazo a Marte ”, diz o autor do estudo, Dr. Cyprien Verse, astrobiólogo da Universidade de Bremen, Alemanha.

Atmosfera de baixa pressão

As cianobactérias há muito são consideradas candidatas à vida biológica em viagens espaciais, uma vez que todas as espécies produzem oxigênio por meio da fotossíntese, enquanto algumas podem fixar o nitrogênio atmosférico para obter nutrientes.

A dificuldade reside no fato de não poderem crescer diretamente na atmosfera de Marte, onde a pressão total é inferior a 1% da terrestre - de 6 a 11 GPa, que é muito pequena para a presença de água líquida, enquanto a parcial a pressão do nitrogênio gasoso é de 0,2 a 0,3 GPa é muito pouco para o seu metabolismo.

Mas recriar uma atmosfera semelhante à da Terra seria um esforço caro: os gases teriam que ser importados, enquanto o sistema de cultivo teria que ser confiável - portanto, pesado para transportar para suportar mudanças de pressão. Portanto, os pesquisadores estavam procurando por um meio-termo: uma atmosfera próxima a marciana, que permite que as cianobactérias cresçam bem.

Para encontrar as condições atmosféricas adequadas, cientistas. desenvolveram um biorreator denominado Atmos (de “Testador Atmosférico para Sistemas Orgânicos Associados a Marte”), no qual as cianobactérias podem ser cultivadas em atmosferas artificiais a baixa pressão.

Qualquer substância deve vir do próprio planeta vermelho: além do nitrogênio e do dióxido de carbono, gases abundantes na atmosfera de Marte e da água que pode ser obtida do gelo, os nutrientes devem vir do "regolito", a poeira que cobre o planeta . O regolito marciano é rico em nutrientes como fósforo, enxofre e cálcio.

Anabaena: cianobactérias versáteis cultivadas na poeira marciana

O Atmos tem nove recipientes de vidro e aço de 1 litro, cada um estéril, aquecido, com pressão controlada e controlada digitalmente, enquanto as culturas são continuamente mexidas em seu interior.

Os autores escolheram a cepa de cianobactéria fixadora de nitrogênio Anabaena sp. PCC 7938, porque os testes preliminares mostraram que ele fará um uso particularmente bom dos recursos marcianos e ajudará a cultivar outros organismos. As espécies intimamente relacionadas mostraram ser comestíveis, geneticamente modificadas e capazes de formar células dormentes especializadas para sobreviver em ambientes hostis.

Os cientistas cultivaram Anabaena pela primeira vez em 10 dias sob uma mistura de 96% de nitrogênio e 4% de dióxido de carbono a uma pressão de 100 GPa - dez vezes menor do que na Terra. As cianobactérias cresceram tão bem quanto em condições normais.

Eles então testaram a combinação de uma atmosfera modificada com regolito. Como nenhum regolito foi trazido de Marte, eles usaram um substrato desenvolvido pela Universidade da Flórida Central (chamado de “Mars Global Simulator”) para criar um ambiente de crescimento. Como controle, as anabaenae foram cultivadas em um ambiente padrão, seja em ar ambiente ou na mesma atmosfera artificial de baixa pressão.

As cianobactérias cresceram bem sob quaisquer condições, inclusive no regolito, sob uma mistura rica em nitrogênio e dióxido de carbono a baixa pressão. Como esperado, eles cresceram mais rápido em mídia otimizada para cianobactérias padrão do que no Simulador Global Marciano, em qualquer atmosfera. Mas ainda é um grande sucesso: enquanto o meio padrão teria que ser importado da Terra, o regolito é onipresente em Marte. “Queremos usar os recursos disponíveis em Marte para obter nutrientes, e apenas eles”, dizem os pesquisadores.

A biomassa seca de Anabaena foi triturada, suspensa em água estéril, filtrada e usada com sucesso como substrato para o cultivo de bactérias E. coli, provando que açúcares, aminoácidos e outros nutrientes podem ser extraídos deles para alimentar outras bactérias menos resistentes, mas ferramentas comprovadas de biotecnologia.

Por exemplo, E. coli pode ser projetada mais facilmente do que Anabaena para produzir alguns alimentos e medicamentos em Marte que a Anabaena não pode fornecer.

Os pesquisadores concluíram que as cianobactérias fixadoras de nitrogênio e produtoras de oxigênio poderiam ser cultivadas com eficiência em Marte a baixa pressão e em condições controladas, usando apenas ingredientes locais.

Esses resultados são um importante passo em frente. Mas os autores alertam que mais pesquisas são necessárias: “Queremos passar dessa prova de conceito para um sistema que possa ser usado de forma eficaz em Marte”, diz Cyprien Versay.

Os cientistas propõem ajustar a combinação de pressão, dióxido de carbono e nitrogênio que é ideal para o crescimento, bem como testar outros tipos de cianobactérias, possivelmente geneticamente adaptadas para voos espaciais. Também é necessário desenvolver um sistema de cultivo para Marte:

“Nosso biorreator de atmosfera não é o sistema de cultivo que usaríamos em Marte: ele foi projetado para testar as condições da Terra que iremos fornecer lá. Mas nossos resultados ajudarão no desenvolvimento de um sistema de cultura marciana. Por exemplo, a pressão mais baixa significa que podemos desenvolver uma estrutura mais leve e mais fácil de transportar, pois não tem que suportar as grandes diferenças entre o espaço interno e externo ”, conclui Cyprien Verse.