En marxa un projecte per estudiar el comportament de l'espirulina en microgravetat

Europa fa un nou pas cap a l’exploració humana de l’espai amb el projecte que porta per nom «Limnospira on ISS», un experiment pioner que es durà a terme a l’Estació Espacial Internacional (ISS, per les sigles en anglès) i que té com a protagonista un organisme microscòpic però imprescindible: el cianobacteri Limnospira indica, conegut popularment com espirulina. 

El projecte, liderat per la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), amb la col·laboració de Sener i l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), busca entendre com es comporta aquest microorganisme en microgravetat i com pot integrar-se en futurs sistemes bioregeneratius de suport vital.

Des de fa dècades, Limnospira indica forma part dels estudis en sistemes de suport de vida promoguts per l’Agència Espacial Europea (ESA), concretament, del projecte MELiSSA (Micro Ecological Life Support System Alternative), que té la seva planta pilot a l’Escola d’Enginyeria de la Universitat Autònoma de Barcelona. L’experiment «Limnospira on ISS» està estretament relacionat amb aquest projecte, que té com a objectiu desenvolupar un sistema capaç de generar oxigen, produir aigua i aportar aliments als astronautes, de manera sostenible i independent d’aportacions des de la Terra, plantejant l’ús dels residus dels mateixos astronautes com a recursos. Un sistema circular com aquest suposa tot un repte científic i tecnològic, que cal superar per afrontar les missions de llarga durada del futur, com l’exploració lunar i marciana.

Per què la Limnospira indica és tan important?

El cianobacteri Limnospira indica té tres característiques que el converteixen en un recurs biològic d’alt valor tant a la Terra com a l’espai: captació de diòxid de carboni, producció d’oxigen i generació d’aliment. 

«Aquest microorganisme pot transformar el diòxid de carboni exhalat per la tripulació en biomassa comestible i oxigen, que allibera de manera contínua a través de la fotosíntesi», explica Francesc Gòdia, catedràtic d’Eginyeria Química de la UAB i investigador de l’IEEC que lidera aquest projecte. I afegeix: «a més, la seva alta concentració de proteïnes el fa apte com a suplement nutricional». 

A la Terra ja es cultiva àmpliament, però encara cal saber més sobre com respon en condicions de microgravetat. Les condicions d’òrbita canvien la manera com els fluids es desplacen i com les cèl·lules perceben la llum. Entendre si creixen de la mateixa manera, més lentament o més ràpid és essencial per a la planificació de bioreactors espacials. L’experiment també mesurarà la fluorescència de pigments específics per detectar possibles canvis en l’eficiència fotosintètica d’aquest microorganisme.

D’altra banda, també és una incògnita si la Limnospira pot suportar períodes de foscor llargs abans de ser activat en òrbita. Saber si el cultiu del cianobacteri es recupera correctament és clau per a futures missions llunyanes. El projecte també validarà tecnologia de monitoratge compacta (il·luminació i sensors) pensada per a futurs experiments biològics automatitzats.

Com es durà a terme l’experiment?

El projecte utilitza un equipament espacial innovador: les Limnospira on ISS Boxes, una evolució del FixBox, un equip que ja ha volat amb èxit en experiments anteriors de biologia vegetal a la ISS. Cada unitat incorpora cinc casset de cultiu miniaturitzades (cambres transparents i hermètiques on creixeran les cèl·lules). Estan equipades amb ports per a l’entrada del medi de cultiu i sortida d’aire, sensors fotònics integrats, il·luminació LED individual i sistemes electrònics miniaturitzats per al monitoratge i el registre de dades. A més, cada casset mesura també paràmetres òptics i captura automàticament imatges del cultiu.

El projecte requereix adaptar maquinari (hardware) ja certificat per a l’ISS, dissenyar cassets completament estancs i estèrils, desenvolupar un sistema electrònic integrat i robust, així com superar proves de vibració, funcionament i ergonomia. Sener ha coordinat les adaptacions estructurals i els requisits de seguretat, mentre que l’IMB-CNM (CSIC) ha dissenyat i fabricat els sensors òptics i els microcomponents de cada casset.

L’equip de l’IEEC i la UAB durà a terme durant 12 dies diversos subcultius per aconseguir la concentració cel·lular adequada. Les mostres es carregaran en bosses estèrils i s’inseriran als equips; d’aquesta manera s’obtindran les Limnospira Boxes, que viatjaran com a càrrega científica i es mantindran en condicions tèrmiques controlades i amb els cultius a les fosques fins arribar a la ISS.

Allà, l’astronauta cargolarà els equips fins a l’indicador d’operació correcta, muntarà la placa d’interfície (KIP) al mòdul Kubik de la ISS, que actuarà com a incubadora i connectarà l’alimentació elèctrica i els sensors per activar el sistema. Durant unes dues setmanes, les cèl·lules creixeran en microgravetat a 36 °C amb cicles d’il·luminació i monitoratge constants.

Finalment, les mostres es traslladaran a un refrigerador a 4 °C, on es mantindran fins al retorn a la Terra en un vehicle espacial. Només quedarà analitzar-les al laboratori per comparar-les amb les mostres de referència terrestres (controls).

Cap a un futur amb sistemes d’alimentació per viure més enllà de la Terra

«Limnospira on ISS» és un projecte de gran abast europeu. Forma part del programa PRODEX de l’ESA, amb finançament de l’Agència Espacial Espanyola (AEE), i té un pressupost global de 598.000 € i una durada d’almenys 18 mesos.
 
El consorci està format per les entitats següents: la UAB i l’IEEC, que tenen el lideratge científic i assumeixen els aspectes relacionats amb la biologia i les operacions; l’IMB-CNM (CSIC), que s’encarrega del desenvolupament de sensors i tecnologia optofluídica, i Sener, que treballa les qüestions d’enginyeria, verificació i seguretat.