Синтетическая биология — ключ к космосу

В фантастической литературе живая инопланетная техника — популярная тема, органические корабли обеспечивают экипаж воздухом, продовольствием, создают среду обитания и вырабатывают энергию. Исследователи из  Лаборатории Беркли считают, что в будущем синтетическая биология (создание организмов с заданными функциями) поможет сделать космические полеты более дешевыми и комфортными.

"Синтетическая биология может помочь не только во время полета, но и в пункте назначения, например на другой планете, — подчеркнул ведущий специалист в области синтетической и системной биологии Адам Аркин (Adam Arkin) из PBD Лаборатории Беркли. — Во время полета искусственные организмы могут вырабатывать топливо, требуемые конструкционные материалы, питательные вещества, кислород, лекарства и т.д. Все это резко сокращает запасы сырья, которое необходимо погрузить на корабль перед отлетом".

По расчетам НАСА, сегодня каждая единица массы, отправленная в космос, требует 99 единиц массы различных систем поддержки. Проще говоря, тонна полезной нагрузки, например воды и провианта,  требует 99 тонн дополнительных энергоресурсов и оборудования: топлива, баков, трубопроводов, систем защиты и т.д. Сейчас все вышеперечисленное основано на небиологических технологиях, то есть машинах.

Синтетическая биология предлагает иной путь: зачем брать с собой тонны сублимированной еды и топлива для марсианского вездехода, если все это могут изготовить бактерии в биореакторах массой в несколько сотен килограмм?  Микроорганизмы могут производить различные сложные соединения из простейших химических элементов, используя энергию солнечного или искусственного света.

Исследователи из Беркли рассмотрели использование синтетической биологии в четырех целевых областях: получение топлива, производство продуктов питания, синтез биополимеров,  производство медицинских препаратов. Расчеты показали, что в 916-дневном пилотируемом полете на Марс  биореакторы позволяют отказаться от 56% массы топлива, облегчить изначальные  запасы продовольствия на 38%, а запасы сырья для 3D-печати – на целых 85%. Таким образом получается существенное снижение общей массы корабля, а значит и стоимости экспедиции.

Кроме того, микроорганизмы могут полностью воспроизводить весь список лекарств, необходимых в полете, и обеспечить в течение 210 дней жизнедеятельность  экипажа в случае  задержки беспилотного транспортного корабля снабжения.

Как отмечают ученые, главное преимущество органического производства состоит в том, что оно способно превращать в полезные вещества самые простые соединения, такие  как диоксид углерода, вода или минералы, доступные на других планетах.

"Минеральный и углеродный состав других небесных тел отличается от типичной земной среды, но на нашей планете множество  экстремальных мест, условия в которых похожи на лунные или марсианские, — рассказывает  Адам Аркин. — Можно использовать модифицированные микроорганизмы из этих регионов для того, чтобы увеличить список материалов доступных  межпланетным поселенцам. Более того, искусственная жизнь может помочь обогатить местную почву и сделать ее пригодной для ведения сельского хозяйства в контролируемых условиях".

Пока большинство необходимых "космических" технологий синтетической биологии находятся в разработке, но ученые уверены, что ко времени первого полета на Марс ряд важнейших систем корабля, прежде всего система жизнеобеспечения, будут иметь в списке оборудования биореакторы с микроорганизмами (бактериями или микроводорослями).