Forskare vid Indian Institute of Science (IISc) och Indian Space Research Organization (ISRO) har utvecklat en modulär, fristående anordning för att odla mikroorganismer, som skulle kunna göra det möjligt för forskare att utföra biologiska experiment i yttre rymden.

I en studie publicerad i Acta Astronautica , teamet visade hur enheten kan användas för att aktivera och spåra tillväxten av en bakterie som kallas Sporosarcina pasteurii under flera dagar, med minimal mänsklig inblandning.

Att förstå hur sådana mikrober beter sig i extrema miljöer kan ge värdefulla insikter för mänskliga rymduppdrag som "Gaganyaan, "Indiens första bemannade rymdfarkost, planeras att lanseras 2022. De senaste åren har forskare har alltmer undersökt användningen av lab-on-chip-plattform som kombinerar många analyser till ett enda integrerat chip för sådana experiment. Men det finns ytterligare utmaningar med att designa sådana plattformar för yttre rymden, jämfört med labbet.

"Det måste vara helt fristående, " påpekar Koushik Viswanathan, Biträdande professor vid institutionen för maskinteknik och en senior författare till studien. "Förutom, du kan inte bara förvänta dig samma driftsförhållanden som du skulle göra i en normal laboratoriemiljö ... och du kan inte ha något som drar 500W, till exempel."

Enheten som utvecklats av IISc- och ISRO-teamet använder en kombination av LED- och fotodiodsensorer för att spåra bakterietillväxt genom att mäta den optiska densiteten eller spridningen av ljus, liknande spektrofotometrar som används i labbet. Den har även separata fack för olika experiment. Varje fack eller "kassett" består av en kammare där bakterier - suspenderade som sporer i en sackaroslösning - och ett näringsmedium kan blandas för att kickstarta tillväxten genom att trycka på en strömbrytare på distans. Data från varje kassett samlas in och lagras oberoende. Tre kassetter är klubbade i en enda patron, som drar knappt 1W ström. Forskarna föreställer sig att en full nyttolast som kan gå i en rymdfarkost kommer att innehålla fyra sådana patroner som kan utföra 12 oberoende experiment.

Teamet var också tvungen att se till att enheten var läcksäker och opåverkad av någon förändring i orienteringen. "Det här är en icke-traditionell miljö för bakterierna att växa. Den är helt förseglad och har en mycket liten volym. Vi var tvungna att se om vi skulle få konsekventa [tillväxt] resultat i denna mindre volym, " säger Aloke Kumar, Docent vid institutionen för maskinteknik, och en annan senior författare. "Vi var också tvungna att se till att lysdioden som tänds och släcks inte genererar mycket värme, som kan förändra bakterietillväxtegenskaperna." Med hjälp av ett elektronmikroskop, forskarna kunde bekräfta att sporerna växte och förökade sig till stavformade bakterier inuti enheten, som de skulle ha gjort under normala förhållanden i labbet.

"Nu när vi vet att detta proof-of-concept fungerar, vi har redan påbörjat nästa steg – att förbereda en flygmodell [av enheten], " säger Viswanathan. Detta skulle inkludera att optimera det fysiska utrymmet som enheten kan ta upp och dess prestanda under påfrestningar som vibrationer och acceleration på grund av gravitation.

Enheten kan också anpassas för att studera andra organismer som maskar, och för icke-biologiska experiment, säger forskarna. "Hela idén var att utveckla en modellplattform för indiska forskare, " förklarar Kumar. "Nu när ISRO inleder ett ambitiöst mänskligt rymduppdrag, det måste komma med sina egna lösningar, tillverkad hemma."