Nové projekty pro ISS: efektivní recyklace moči a imunita ve vesmíru

Jak během dlouhodobého pobytu ve vesmíru co nejefektivněji recyklovat moč? A jak imunitní systém reaguje na specifické podmínky během kosmického letu? Biologické experimenty, které nám pomohou nalézt na tyto otázky odpovědi, připravujeme ve švýcarském centru BIOTESC. Projekty Urinis A, Xenopus a Human Bone Marrow Model proběhnou na vesmírné stanici ISS v inkubátoru Kubik pravděpodobně v letech 2023–2024.

Z českého pohledu jsou projekty zajímavé i tím, že se na nich podílí česká firma SAB Aerospace, která navrhuje a vyrábí kartuše, ve kterých se biologický materiál bude pěstovat.

Inkubátor Kubik na mezinárodní vesmírné stanici ISS.Snímek ESA

Udržitelná recyklace

Cílem experimentu Urinis A je zkoumat bakteriální nitrifikaci moči v prostředí vesmíru – tedy ve stavu beztíže a za vyšší radiace, než je na Zemi. Nitrifikace je proces, kterým bakterie, které normálně žijí v půdě, oxidují organické sloučeniny dusíku na molekuly snadno využitelné rostlinami.

Aby bylo jasné, proč je to zajímavé a jakým způsobem znalosti o nitrifikaci moči mohou přispět k rozvoji letů do vesmíru, je třeba odbočka. Na vesmírné stanici ISS platí úsloví: „Today's coffee is tomorrow's coffee (dnešní káva je zítřejší káva).“ Odpadní voda včetně moči se totiž na ISS recykluje pomocí destilace – odpařená voda se vrací zpět do „kohoutku“ a oddělené nečistoty skončí v odpadu. Tento proces je velmi energeticky náročný. Podobné je to s recyklací vzduchu, na jehož filtraci je potřeba hodně energie a dodatečný kyslík je spolu s dalšími zásobami pravidelně nutné dovážet ze Země.

Vědci už léta pracují na uzavřeném systému, který by umožnil vodu a vzduch recyklovat udržitelněji na základě biologických principů. V uzavřeném bioreaktoru by se pěstovaly fotosyntetizující rostliny či zelené řasy, které by využívaly odpadní produkty lidského bytí – tedy moč a oxid uhličitý, který vydechujeme, a samy by sloužily jako zdroj kyslíku a také biomasy – tedy potravy pro kosmonauty.

Výsledky z projektu Urinis A poslouží jako článek v řetězu inovací vedoucímu k stavbě zmíněného uzavřeného systému. Rostliny ani řasy totiž neumějí molekuly z moči využívat přímo a potřebují, aby jim je „předžvýkaly“ bakterie. Budou se ale půdní bakterie rozmnožovat a chovat ve vesmírných podmínkách stejně jako na Zemi? To je právě ta otázka, kterou se Urinis A snaží zodpovědět.

Astronautka Samantha Cristoforetti u inkubátoru Kubik.Snímek ESA

Imunita ve vesmíru

Projekty Xenopus a Human Bone Marrow Model se zabývají výzkumem imunity. Imunitní systém astronautů je ve vesmíru oslaben a chová se podobně jako imunitní systém velmi starých lidí na Zemi. Při sebemenší nemoci se tak musí astronauti mít na pozoru a v případě pochybností se okamžitě vrátit na Zem, protože jim hrozí, že by mohli mít ve vesmíru vážné zdravotní komplikace. Při letu do vzdálenější destinace, například na Mars, by ale rychlý návrat na Zem možný nebyl, proto je důležité pochopit, co přesně se s buňkami imunitního systému děje.

Projekt Xenopus studuje vývoj protilátek. Jako modelový organismus využívá žáby drápatky (rod Xenopus), u kterých jsou protilátky podobné jako u lidí. Vědci na ISS pošlou žabí vajíčka zavřená ve specializovaných kartuších. Z vajíček se během letu a pobytu na ISS vyklubou pulci. Úkolem kosmonautů bude v přesných časových úsecích vždy několik kartuší zmrazit. Zmražené vzorky se pak vrátí k vědcům, kteří budou moci analyzovat pulce v různých stádiích vývoje a srovnat protilátky v jejich těle s pulci, které pěstovali na Zemi.

Projekt Human Bone Marrow Model se zaměří na studium vývoje bílých krvinek, které se v lidském těle vyvíjejí v kostní dřeni. Kosmonauti na ISS budou kultivovat kmenové buňky lidské kostní dřeně za teploty 37 °C v inkubátoru Kubik.  Vědci očekávají, že se během doby na ISS budou buňky dělit, migrovat a diferencovat v buňky specializované. Po určité době kosmonauti opět vzorky zmrazí a pošlou zpátky na Zem, kde je budou vědci srovnávat s vzorky kultivovanými v laboratoři na Zemi.

Díky výzkumu vývoje protilátek a kmenových buněk kostní dřeně zjistíme, jak můžeme imunitu zlepšovat, a tedy zkvalitňovat život lidí nejen ve vesmíru, ale i na Zemi.

Mikropočítače AstroPi na mezinárodní vesmírné stanici ISS.Snímek ESA