Tänk dig att du är på väg till Mars, och du förlorar ett viktigt verktyg under en rymdpromenad. Oroa dig inte, du kommer helt enkelt in i ditt rymdfarkoster igen och använder några mikroorganismer för att omvandla din urin och utandad koldioxid (CO ₂ ) till kemikalier för att göra en ny. Det är ett av slutmålen för forskare som utvecklar sätt att göra långa rymdresor genomförbara.

Forskarna presenterar sina resultat idag vid 254:e National Meeting &Exposition of the American Chemical Society (ACS).

Astronauter kan inte ta ut många reservdelar i rymden eftersom varje extra uns ökar kostnaden för bränsle som behövs för att undvika jordens gravitation. "Om astronauter ska göra resor som sträcker sig över flera år, vi måste hitta ett sätt att återanvända och återvinna allt de har med sig, "Mark A. Blenner, Ph.D., säger. "Atomekonomin kommer att bli riktigt viktig."

Lösningen ligger delvis hos astronauterna själva, som ständigt genererar avfall från andning, äta och använda material. Till skillnad från deras vänner på jorden, Blenner säger, dessa rymdfarare vill inte slänga några avfallsmolekyler. Så han och hans team studerar hur man kan återanvända dessa molekyler och omvandla dem till produkter som astronauterna behöver, såsom polyestrar och näringsämnen.

Några viktiga näringsämnen, såsom omega-3-fettsyror, har en hållbarhetstid på bara ett par år, säger Blenner, som är vid Clemson University. De måste göras på väg, börjar några år efter lanseringen, eller på destinationen. "Att ha ett biologiskt system som astronauter kan vakna från ett vilande tillstånd för att börja producera vad de behöver, när de behöver det, är motivationen för vårt projekt, " han säger.

Blenners biologiska system inkluderar en mängd olika jäststammar Yarrowia lipolytica . Dessa organismer kräver att både kväve och kol växer. Blenners team upptäckte att jästen kan få sitt kväve från urea i obehandlad urin. Under tiden, jästen får sitt kol från CO ₂ , som kan komma från astronauternas utandade andetag, eller från Mars -atmosfären. Men att använda CO ₂ , jästen kräver att en mellanhand "fixar" kolet till en form som de kan få i sig. För det här syftet, jästen förlitar sig på fotosyntetiska cyanobakterier eller alger från forskarna.

En av jäststammarna producerar omega-3-fettsyror, som bidrar till hjärtat, ögon- och hjärnhälsa. En annan stam har konstruerats för att slita ut monomerer och koppla dem till polyesterpolymerer. Dessa polymerer kan sedan användas i en 3D-skrivare för att generera nya plastdelar. Blenners team fortsätter att konstruera denna jäststam för att producera en mängd olika monomerer som kan polymeriseras till olika typer av polyestrar med en rad egenskaper.

Tills vidare, de konstruerade jäststammarna kan endast producera små mängder polyestrar eller näringsämnen, men forskarna arbetar med att öka produktionen. De tittar också på applikationer här på jorden, inom fiskodling och mänsklig näring. Till exempel, fisk som odlas via vattenbruk måste ges omega-3-fettsyratillskott, som kunde produceras av Blenners jäststammar.

Även om andra forskargrupper också sätter jäst i arbete, de tar inte samma tillvägagångssätt. Till exempel, ett team från DuPont använder redan jäst för att göra omega-3-fettsyror för vattenbruk, men dess jäst matar på raffinerat socker istället för avfallsprodukter, Säger Blenner. Under tiden, två andra lag konstruerar jäst för att tillverka polyestrar. Dock, till skillnad från Blenners grupp, de konstruerar inte organismerna för att optimera den typ av polyester som produceras, han säger.

Oavsett deras tillvägagångssätt, dessa forskare ökar alla i kunskapen om Y. lipolytica , som har studerats mycket mindre än, säga, jästen som används vid ölproduktion. "Vi lär oss det Y. lipolytica är ganska annorlunda än annan jäst i sin genetik och biokemiska natur, "Blenner säger." Varje ny organism har en viss egendom som du måste fokusera på och förstå bättre. "