Дрожжи превратят отходы космонавтов в питательные вещества и материалы для печати

Миссии по колонизации Марса всё ближе. Специалисты тем временем продолжают проводить исследования, призванные максимально упростить жизнь космонавтов. Эксперты решают "квартирный вопрос", транспортные, а также продовольственные проблемы.

Но что делать, если, к примеру, астронавт вышел в открытый космос и в результате форс-мажора потерял важный инструмент? Вероятно, придётся создавать его заново при помощи 3D-печати. Современные технологии позволяют сделать это быстро и качественно, однако есть один нюанс: будущие колонисты смогут взять с собой лишь ограниченное количество материалов. Как облегчить их работу в условиях жёсткой экономии и что они будут делать, когда израсходуют все запасы?

Решение этого вопроса предложила команда под руководством Марка Бленнера (Mark Blenner) из Университета Клемсона (США). По мнению учёных, всё очень просто: космонавту стоит всего-навсего использовать микроорганизмы для преобразования собственных естественных выделений в материалы для трёхмерной печати. Это может прозвучать странно, однако именно такая идея была представлена на ежегодной встрече Американского химического общества.

"Если астронавты собираются совершать путешествия, которые продлятся несколько лет, нам нужно будет найти способ повторного использования и утилизации всего, что у них будет с собой", — отмечает Бленнер.

По его мнению, в открытом космосе не может быть ничего лишнего. Поэтому необходимо использовать практически все отходы, производимые в том числе и организмами космонавтов.

Команда Бленнера долгое время изучала переработку различных соединений на молекулярном уровне. Помимо материалов для создания инструментов будущим колонизаторам потребуются также питательные вещества. А некоторые из них имеют ограниченный "срок годности": к примеру, омега-3-полиненасыщенные жирные кислоты "хранятся" (то есть остаются питательными) всего два года. А значит, производить подобные материалы космическим путешественникам придётся прямо по пути к Марсу или уже на месте. Именно в этом им и помогут другие живые организмы.

"Создание биологической системы, которую астронавты могут пробудить из состояния покоя, чтобы начать производить то, что им нужно, является одной из целей нашего проекта", — рассказывает Бленнер.

Биологическая система, предложенная им и его коллегами, включает в себя несколько штаммов дрожжей вида Yarrowia lipolytica. Для роста этим организмам требуется азот и углерод. Исследователи обнаружили, что первый можно получать из мочевины, которая извлекается из обычной мочи. Углерод же можно выделять из углекислого газа (СО₂). Оба эти продукта являются результатом жизнедеятельности космонавтов.

Правда, с углеродом возникла небольшая сложность: из выдыхаемого колонистами CO₂ выделить его не так просто – для этого нужен "посредник", который будет фиксировать углерод в той форме, которую дрожжи смогут поглотить. Таким "посредником" станут фотосинтетические цианобактерии или водоросли.

Как пояснили авторы работы, один из штаммов дрожжей продуцирует омега-3-полиненасыщенные жирные кислоты, которые улучшают работу сердца, глаз и мозга (именно дрожжи создают сегодня большую часть такого рода биодобавок, которые продаются в аптеках). Другой штамм спроектирован таким образом, чтобы связывать мономеры в различные полиэфирные соединения. Эти полимеры затем можно будет использовать для трёхмерной печати пластиковых деталей и инструментов.

Пока что дрожжевые штаммы могут давать лишь небольшое количество сложных полиэфиров или питательных веществ, но учёные работают над повышением их производительности.

Кроме того, они изучают возможности использования своей системы и на Земле. К примеру, некоторые из дрожжей Бленнера можно будет использовать в аквакультуре – для выращивания рыб, максимально обогащённых омега-3-полиненасыщенными жирными кислотами.

По мнению экспертов, эта работа имеет большое значение не только для будущих космических миссий, но и для науки в целом. Штаммы Y. lipolytica остаются мало изученными по сравнению, скажем, с дрожжами, используемыми для производства пива.

"Мы узнали, что Y. lipolytica немного отличаются от других дрожжей по своей генетической и биохимической природе. У каждого организма есть свои причуды, которые нам следует лучше изучить", — заключает Бленнер.

Кстати, ранее мы рассказывали о других изобретениях, которые пригодятся будущим колонистам – ледяных домах, а также технологии приготовления космического хлеба.