Fotograma de la película Marte. Origen de la imagen: 20th Century Fox

 

Los microbios serán esenciales para conquistar el espacio

¿Le gustan las historias de ciencia-ficción sobre viajes espaciales? Si es usted aficionado a series como Star-Trek o a películas como Interstellar, seguramente habrá visto a los protagonistas realizando una serie de labores que para nosotros son cotidianas, pero que para un viajero del espacio son vitales. ¿Ha pensado de dónde sale su comida o su agua? ¿O dónde van a parar sus residuos?

Muchas veces se comparan los viajes espaciales con los viajes de exploración marina realizados en la antigüedad. En esos tiempos las naves debían ir aprovisionadas con comida y bebida suficiente para la larga travesía hacia lo desconocido. Pero una ventaja con la que contaban aquellos marinos era que si llegaban a tierra seguramente podrían reaprovisionarse. Eso no ocurre por ahora con los viajes espaciales tripulados. Son todos de ida y vuelta a la Tierra y deben terminar antes de que se acaben los suministros. Y esos suministros espaciales no son nada baratos. El menú más exclusivo del restaurante DiverXo cuesta diez veces menos que la comida más simple de la Estación Espacial Internacional (ISS por International Space Station).

Está claro que si queremos establecer bases permanentes en la Luna o en Marte vamos a tener que encontrar una solución distinta a la de simplemente meter comida en un cohete y enviarla cada cierto tiempo. Y lo mismo es válido si queremos realizar viajes espaciales de larga duración. Lo ideal es que la comida fuera producida por los propios astronautas. Y no sólo eso, también será necesario que generen su propia energía para mantenerse, construyan edificios con materiales manufacturados in situ, y sobre todo reciclen sus residuos para poder generar aire y agua. Es en todos esos procesos, y en muchos más, donde entran en juego los microorganismos. En un reciente artículo publicado en la revista Nature hacen un repaso de los mismos.

Esquema en el que se representan los diferentes compartimentos de la futura exploración espacial donde los microorganismos jugarían un papel. Más explicaciones en el texto. Origen de la figura: Santomartino et al. Nature 2023.

Regeneración del aire

¿Han visto la película Apollo XIII? Recordarán la escena en que los astronautas corrían peligro no porque se fueran a quedar sin oxígeno, sino porque se iba acumulando dióxido de carbono (CO₂) e iban a morir envenenados. Para eliminar el CO₂ se utiliza la conocida como reacción de Sabatier, en la que se le hace reaccionar con hidrógeno gaseoso para producir metano, que es expulsado, y agua, que es reutilizada. Pero tiene dos inconvenientes: requiere energía y se pierde carbono, por lo que hay que reabastecerlo.

Una posibilidad es utilizar a una cianobacteria como Anabaena para que fije el CO₂. De esa forma además se generaría oxígeno gracias a la fotosíntesis. Y no sólo eso, generaríamos biomasa que podría ser utilizada para otros procesos. Una limitación es que es necesario concentrar el CO₂ para que el bioproceso sea factible.

Desechos biológicos

En la actualidad los desechos fecales de la ISS se compactan, esterilizan y se eyectan para que sean incinerados en su reentrada en la atmósfera. Pero si han visto la película Marte seguramente sabrán que pueden tener usos como abono para plantas. Y quien dice plantas también dice microorganismos. La Agencia Espacial Europea (ESA) está desarrollando el proyecto MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) en el que utilizaría una serie de biorreactores interconectados para producir fertilizantes o incluso cultivos celulares comestibles. La materia orgánica que utilizarían serían los desechos fecales de los astronautas, pero también los restos orgánicos producidos por plantas o por otros procesos microbianos.

Producción de alimentos

La idea de crecer plantas en el espacio no es nueva. En la película Naves misteriosas, o más recientemente en la serie televisiva The Expanse, se consigue que crezcan diversas plantas terrestres en una serie de instalaciones especializadas. O en la ya mencionada Marte, incluso se consigue que crezcan patatas en dicho planeta. Es importante tener en cuenta que las plantas requieren para su crecimiento interaccionar con microorganismos presentes en el suelo para un mejor aprovechamiento de los nutrientes. No sólo eso, los microbios serían los que permitirían a las plantas colonizar el suelo extraterrestre. Además, los microorganismos también serían los responsables de fijar nitrógeno para que sea asimilado por las plantas.

Sin embargo, también puede uno saltarse el paso de las plantas y hacer crecer directamente microbios o células que luego puedan ser usadas como alimento. ¿Ha oído hablar de la carne in vitro? Con ello no haría falta poner una vaca en órbita para tener leche y filetes.

Aquí en la Tierra una gran parte de los medicamentos son producidos por microorganismos, así que en principio se podría trasladar toda esa tecnología y adaptarla al espacio para así producir todo lo necesario para tratar a los astronautas enfermos. Incluso la microgravedad podría suponer una ventaja para la cristalización de nuevas moléculas.

Biominería

Los microbios comoAcidithiobacillus son utilizados en la extracción de metales de las rocas, un proceso denominado biolixiviación. De esa forma podemos obtener cobre, vanadio o platino. También podría ser trasladado al espacio para poder procesar el regolito, la capa de materiales sueltos que están sobre la superficie de las rocas lunares o marcianas. Aunque más lenta que la minería y metalurgia tradicional, la ventaja de la biominería es que es mucho más sencilla y barata, sobre todo porque no requiere reactivos tóxicos. En el 2020 la NASA llevó a cabo un experimento de biolixivación en el espacio.

Experimento de biolixiviación en el espacio. Imagen de la NASA

Biocementos y mico-estructuras

Los microorganismos también podrían ser usados como agentes cimentadores para producir un biomaterial con el que poder construir las instalaciones extraterrestres. En el caso de los hongos, al formar un micelio pueden entrelazar los diferentes componentes para formar una mico-estructura bastante ligera y resistente.

Bioenergía y bioelectricidad

Muchos microorganismos producen gracias a su metabolismo combustibles como biogás, bioetanol, biogasolinas y biodiésel. Otros podrían ser usados para procesar el regolito y así obtener hidrógeno gaseoso. Pero no sólo hacen eso, algunos como Geobacter pueden generar electricidad al procesar los desechos orgánicos. Estas bio-baterías podrían complementar la energía obtenida por paneles fotovoltaicos.

Reciclaje de materiales

Los procesos de reciclaje de los desechos orgánicos mediante el uso de los microorganismos son un tema bastante bien estudiado y comprendido. No así el uso de esos seres vivos para el reciclaje de sustancias artificiales como los plásticos y los componentes electrónicos. Sin embargo, es cada vez más evidente que dichos procesos deberían ser puestos a punto, no sólo para viajar al espacio, sino también para lidiar con ese tipo de desechos en nuestro planeta. La acumulación de plásticos en la biosfera es cada vez más evidente. Y lo mismo podríamos decir de la llamada «basura electrónica». En este caso se confía en las nuevas herramientas de la biología sintética para el desarrollo de microorganismos con nuevas capacidades que nos permitan un reciclaje óptimo de esos desechos.

Por qué hay que invertir en ciencia espacial

Hay mucha gente que piensa que la exploración espacial es un gasto inútil y que el dinero dedicado a la misma podría ser utilizado de mejor manera en la Tierra. Pero lo cierto es que hay una gran cantidad de procesos industriales y materiales que fueron desarrollados precisamente para resolver problemas que había en el espacio y que luego fueron aplicados para resolver los problemas de los terrícolas. No en vano, comparado con el universo, vivimos en una pequeña nave espacial de color azul pálido.

 

Este texto es un resumen del siguiente artículo:

Santomartino, R., Averesch, N. J. H., Bhuiyan, M. et al. «Toward sustainable space exploration: a roadmap for harnessing the power of microorganisms». Nat Commun 14, 1391 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37070-2

 

Recomendamos asimismo estos dos artículos, del blog de Manuel Sánchez Angulo:

http://curiosidadesdelamicrobiologia.blogspot.com/

http://podcastmicrobio.blogspot.com/