Cianobacterias en el espacio

Un experimento pionero investigará el comportamiento de las cianobacterias de la especie Limnospira indica en la Estación Espacial Internacional y estudiará cómo puede integrarse en futuros sistemas biorregenerativos de soporte vital, que podrían revolucionar las misiones espaciales tripuladas de larga duración. Este microorganismo capta dióxido de carbono, produce oxígeno y sirve de alimento, lo que lo convierte en un recurso biológico de alto valor en el espacio e incluso en la Tierra.

Con este proyecto, denominado “Limnospira on ISS”, Europa da un paso importante en la exploración humana del espacio. Se trata de un experimento pionero que se llevará a cabo en la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) y que tiene como protagonista al citado microorganismo, la Limnospira indica, conocida popularmente como espirulina.

El proyecto, liderado por el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), con la colaboración de la empresa española Sener y el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB), adscrito al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM) que depende del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, busca averiguar cómo se comporta exactamente este microorganismo en microgravedad y cómo puede integrarse en futuros sistemas biorregenerativos de soporte vital.

Desde hace décadas, la Limnospira indica es protagonista de bastantes estudios sobre sistemas de soporte vital promovidos por la Agencia Espacial Europea (ESA), concretamente del proyecto MELiSSA (Micro Ecological Life Support System Alternative), que cuenta con su planta piloto en el Campus de la UAB, en Bellaterra (Barcelona). El experimento Limnospira on ISS está estrechamente relacionado con este proyecto, cuyo objetivo es desarrollar un sistema capaz de generar oxígeno, producir agua y proporcionar alimentos a los astronautas de forma sostenible e independiente de suministros procedentes de la Tierra, planteando el uso de los residuos de los propios astronautas como recursos. Un sistema circular como este supone un importante reto científico y tecnológico que debe superarse para afrontar las misiones tripuladas de larga duración del futuro, como la exploración de Marte y el mantenimiento de bases lunares permanentemente habitadas.

Limnospira en contenedores especiales. (Foto: Sener)

¿Por qué Limnospira indica es tan importante?

La cianobacteria Limnospira indica tiene tres características que la convierten en un recurso biológico de alto valor tanto en la Tierra como en el espacio: captación de dióxido de carbono, producción de oxígeno y generación de alimento.

«Este microorganismo puede transformar el dióxido de carbono exhalado por la tripulación en biomasa comestible y oxígeno, que libera de forma continua a través de la fotosíntesis», explica Francesc Gòdia, investigador del IEEC y catedrático de Ingeniería Química de la UAB que lidera este proyecto. Y añade: «Además, su alta concentración de proteínas lo hace apto como suplemento nutricional».

En la Tierra ya se cultiva ampliamente, pero todavía necesitamos saber más sobre cómo responde en condiciones de microgravedad. Las condiciones en órbita cambian la forma en que los fluidos se desplazan y cómo las células perciben la luz. Averiguar si crecen de la misma manera, más despacio o más rápido es esencial para la planificación de biorreactores espaciales. El experimento también medirá la fluorescencia de pigmentos específicos para detectar posibles cambios en la eficiencia fotosintética de este microorganismo.

Por otra parte, también es una incógnita si Limnospira puede soportar largos periodos de oscuridad antes de ser activada en órbita. Saber si el cultivo de cianobacterias se recupera correctamente es vital para futuras misiones tripuladas lejos de la Tierra. El proyecto también validará tecnología de monitorización compacta (iluminación y sensores) pensada para futuros experimentos biológicos automatizados.

¿Cómo se llevará a cabo el experimento?

El proyecto utiliza un equipamiento espacial innovador: las Limnospira on ISS Boxes, una evolución del FixBox, un equipamiento que ya ha volado con éxito en experimentos anteriores de biología vegetal en la ISS.

Cada unidad incorpora cinco cassettes de cultivo miniaturizados (cámaras transparentes y herméticas donde crecerán las células). Están equipadas con puertos para la entrada del medio de cultivo y salida de aire, sensores fotónicos integrados, iluminación LED individual y sistemas electrónicos miniaturizados para la monitorización y el registro de datos. Además, cada cassette mide parámetros ópticos y captura automáticamente imágenes del cultivo.

El proyecto requiere adaptar hardware ya certificado para la ISS, diseñar cassettes completamente estancos y estériles, desarrollar un sistema electrónico integrado y robusto, así como superar pruebas de vibración, funcionamiento y ergonomía. Sener ha coordinado las adaptaciones estructurales y los requisitos de seguridad, mientras que el IMB ha diseñado y fabricado los sensores ópticos y los microcomponentes de cada cassette.

El equipo del IEEC y la UAB realizará durante 12 días diversos subcultivos para alcanzar la concentración celular adecuada. Las muestras se cargarán en bolsas estériles y se insertarán en los equipos: de esta manera se obtendrán las Limnospira Boxes, que viajarán como carga científica y se mantendrán en condiciones térmicas controladas y con los cultivos en oscuridad hasta llegar a la ISS.

Allí, el astronauta atornillará los equipos hasta el indicador de operación correcta, montará la placa de interfaz (KIP) en el módulo Kubik de la ISS, que actuará como incubadora, y conectará la alimentación eléctrica y los sensores para activar el sistema. Durante unas dos semanas, las células crecerán en microgravedad a 36 grados centígrados con ciclos de iluminación y monitorización constantes.

Finalmente, las muestras se trasladarán a un refrigerador a 4  grados centígrados, donde se mantendrán hasta el retorno a la Tierra en un vehículo espacial. Solo quedará analizarlas en el laboratorio para compararlas con las muestras de referencia terrestres. (Fuente: IEEC)