Om mänskligheten ska tänja på gränserna för rymdutforskning, vi kommer att behöva växter att följa med på åkturen. Inte bara spenat eller potatis, men växter kan göra så mycket mer än att bara mata oss.

Ett vetenskapligt experiment som syftar till att demonstrera växters förmåga i rymden har anlänt till den internationella rymdstationen och är redo att börja vidarebefordra data. Experimentet, enligt University of Utah kemiprofessor och projektchef Ming Hammond, kommer att bedöma i realtid om anläggningar konstruerade för att biotillverka specifika proteiner, i en process som kallas syntetisk biologi, kan göra det i rymden. Experimentet började den 18 december och kommer att pågå till och med den 28 december.

"Det finns många löften, potential och hoppas att vi kan använda de verktyg som utvecklats inom syntetisk biologi för att lösa problem, " Hammond säger, "inte bara det du skulle hitta i rymden, men där du har extrema begränsningar av resurser."

Hammonds inblandning i detta experiment, kallas Hydra-1, började vid University of California, Berkeley, innan hon nyligen flyttade till USA. Hon och Berkeley doktorand Rebekah Kitto gick med i ett "mycket multidisciplinärt team", Hammond säger, av forskare och ingenjörer som vill utföra syntetiska biologiexperiment i rymden.

Syntetisk biologi är ett område som konstruerar biologiska system. I detta fall, teamet tittar på växter som potentiella biofabriker. Varje organism producerar naturligt otaliga proteiner som en del av sin biologiska funktion, så varför inte konstruera en anläggning för att producera, säga, en nödvändig medicin eller en polymer som kan vara användbar i framtida långsiktiga rymdutforskningsuppdrag?

"Fördelen är att du kan ta med dig frön, " säger Hammond. "De är väldigt lätta. De växer och får biomassa med hjälp av CO ₂ att vi andas ut. Och om dessa växter kan producera proteiner på efterfrågan vet vi att växter kan producera anti-virala och anti-cancerantikroppar i stor skala."

Syntetisk biologi är redan etablerad på jorden. Men att översätta samma teknik till rymdfärd kräver en annan uppsättning överväganden. Hammond och hennes team stötte på många av dessa begränsningar när de anpassade sitt experiment för att fungera i en liten kubformad inneslutning, och utan skötsel från rymdstationens besättning. Kapslingen har samma storlek (10 cm på en sida) som de små lågpris CubeSats som ökar i popularitet.

För ett experiment på jorden, forskare kunde testa prover av växter när de växte för att se om de producerade det önskade proteinet. Men det är inte ett alternativ i rymden – i de tidiga planeringsstadierna, teamet visste inte ens om de skulle få tillbaka experimentet i slutet.

Så teamet bestämde sig för att konstruera växter för att ändra färg när de producerade målproteinet, och övervaka framstegen med en kamera. Det är en elegant och innovativ lösning, baserad på en tidigare publicerad metod, men anpassad för en kubs begränsningar i rymden.

"Vi var tvungna att ta något som fungerade vackert under de mest noggrant kontrollerade och vårdande förhållanden, " Hammond säger, "och få det att fungera under mycket stränga, tuffa och utmanande förhållanden utan mänsklig inblandning i växtkuben." Växtkuben designades med den framåtriktade visionen att förbereda för växttillväxtstudier på månen, och Hydra-1-uppdraget är ett teknikutvecklingssteg mot det målet.

Teamet av kollaboratörer sträcker sig över två kontinenter, med andra partners vid NASA Ames Research Center, det internationella rymduniversitetet, och universitetet i Strasbourg. Men som en av experimentets ledande forskare, Hammond kommer att övervaka data från experimentet, och genomför det matchande jordbundna kontrollexperimentet, här vid University of Utah. Kontrollexperimentet kommer att odla samma växter, konstruerad för att producera samma protein, men ligger efter experimentet på rymdstationen med en dag, så att forskarna kan matcha båda experimentens temperaturförhållanden.

Hela experimentet kommer att ta 10 dagar. "Vid dag fyra eller fem borde vi veta om experimentet fungerade, " säger Hammond. "Det finns så många variabler som vi inte kan veta svaren på." I januari kuben kommer att återvända till jorden och kommer att analyseras ytterligare i Strasbourg. "Jag planerar för den här upplevelsen för att förbereda oss för att göra fler kemiexperiment i rymden!" säger Hammond.

På ingenjörssidan, Hydra-1-experimentet kommer att hjälpa till att utveckla ett ramverk, genom ett kommersiellt företag som heter ICE-Cubes, att kommersialisera liknande kubbaserade rymdvetenskapliga experiment i framtiden.

Det tar mycket tid och ansträngning att sätta utrustning i rymden, och Hammond uppskattar de många timmars arbete som teamet har lagt ner under de senaste två åren. "Vi är en liten men hängiven grupp volontärer, " säger hon. "Under de senaste två veckorna, folk arbetade nonstop för att fixa saker i sista minuten som kom upp före lanseringen. Jag är verkligen stolt över den ansträngning som alla har gjort för att få oss till denna punkt."

Hammond och hennes familj reste till NASA Kennedy Space Center för att titta på lanseringen av hennes experiment den 5 december. som låg inbäddat i en SpaceX Falcon 9-raket på ett återförsörjningsuppdrag till den internationella rymdstationen. "Jag tror att de flesta av oss känner tjusningen och spänningen som rörs av förundran att titta upp och tänka på människor som bor och arbetar på rymdstationen, " säger hon. "Det var en fantastisk möjlighet att dela lanseringen med min 6-åriga son och andra familjemedlemmar. Av allt jag har gjort inom vetenskapen, för dem, är den som förmodligen inger mest intresse och vördnad."