Синтетическая биология и 3-D печать обеспечат жизнеобеспечение в далеком космосе

Москва, 16:06, 29 Июл 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Поскольку НАСА готовится отправить людей снова на Луну или даже на Марс, исследователям нужно будет выяснить, как сохранить этих людей живыми и здоровыми вдали от богатой ресурсами Земли.

Будет невозможно взять с собой все, что им может понадобиться, а миссии по пополнению запасов, такие как на Международную космическую станцию (МКС), будут непомерно дорогими и длительными.

То, что эти космонавты могут взять с собой, является уникальным возобновляемым ресурсом Земли: клетками. Например, клетки грибов и бактерий могут быть перепрограммированы синтетической ДНК для получения специфических материалов, таких как биопластики. Затем эти материалы можно загружать в 3D-принтеры для производства вещей, которые могут понадобиться космонавтам во время космического полета, — от оборудования и медицинских приборов до лекарств и продуктов питания.

В статье, опубликованной в «Тенденциях в области биотехнологии», исследователи из Ассоциации космических исследований университетов (USRA), лаборатории MIT лаборатории Линкольна и НАСА рассказывают о том, как синтетическая биология и трехмерная печать могут поддерживать жизнь во время миссий в дальнем космосе. Но чтобы воплотить эти идеи в жизнь, НАСА ищет помощи.

3-D принтеры – стали обычными продуктами для производителей. Эксперименты, проведенные на МКС с 3-D принтерами, доказали свою полезность для изготовления любых изделий по требованию. Но если трехмерная печать должна стать надежным инструментом для длительных полетов в космосе, возникает новая проблема: необходимость снабжения корабля сырьем для принтеров.

Чтобы удовлетворить эту потребность, авторы предполагают использовать синтетическую биологию для производства нестандартных биологических «чернил» для трехмерной печати, которые могут понадобиться в ходе миссии.

Живые организмы могут превращать солнечный свет, азот и воду в готовые продукты. Биоинженеры могут перепрограммировать внутреннюю логику клеток этих организмов для получения целевых соединений. Строительные блоки для редактирования этих клеток могут быть оцифрованы и отправлены космическому экипажу в виде последовательности ДНК, которую можно синтезировать, собрать и вставить в организм на корабле.

«Идея заключается в том, что мы называем «преобразователем битов в биологию», — говорит Дэвид Уолш, биоинженер в лаборатории Линкольна.

Вот один пример того, как это видение может быть реализовано: скажем, что солнечная панель порвалась и нуждается в ремне для ремонта. На Земле синтетические биологи разрабатывают и тестируют генетические программы, инструктирующие бактерии производить полимерное сырье для трехмерной печати. Сообщество разработчиков разрабатывает дизайн для печати из этих материалов. Эти генетические инструкции и инструкции по трехмерной печати отправляются в цифровом виде с Земли космическому экипажу. Экипаж воспроизводит генетическую программу, а бактерии воспроизводят и синтезируют сырье, которое используется для 3D-печати панели.

«У нас есть сила цифровой информации. Мы можем спроектировать и обработать все нюансы на Земле и просто отправить инструкции в космос», — говорит Уолш.

Те же самые принципы можно использовать для введения ДНК в организмы в космосе, чтобы создать целевые соединения для пищевых продуктов или фармацевтических препаратов, которые, если их доставить непосредственно с Земли, со временем разлагаются из-за излучения в космосе.

Астронавты смогут проводить эти сложные биологические эксперименты, используя 3-D микрофлюидные аппараты Эти крошечные устройства «лаборатория на кристалле» автоматически контролируют поток и смесь жидкостей через микроканалы и используют только следовые количества химикатов для параллельного запуска сотен биореакций. Генетические инструкции будут отправлены непосредственно электронике, управляющей этими микрофлюидными устройствами, что позволит им точно следовать цифровому «рецептуре» синтеза молекул ДНК.

Однако предстоит еще долгий путь, как в экспериментах с синтетической биологией, так и в определении всех параметров, которые позволят сделать трехмерную печать с использованием биоматериалов в космосе.

«Например, бактериям понадобится вода и они займут пространство; им нужна подходящая среда для жизни; они будут производить отходы. Нам все еще нужно противопоставить эти идеи реальным ограничениям», — говорят исследователи.

Но сейчас есть необходимость в разработке концепций. Если методы синтетической биологии и трехмерной печати могут быть проверены и применены вовремя для миссий, близких к Земле, для которых поставки все еще можно отправлять относительно быстро, то на них можно рассчитывать и при долгосрочной миссии на Марс.