At omdanne menneskeligt affald til plastik, næringsstoffer kan hjælpe med lange rumrejser

Forestil dig, at du er på vej til Mars, og du mister et afgørende værktøj under en rumvandring. Ikke at bekymre sig, du vil simpelthen gå ind i dit rumfartøj igen og bruge nogle mikroorganismer til at omdanne din urin og udåndede kuldioxid (CO ₂ ) til kemikalier for at lave en ny. Det er et af de ultimative mål for forskere, der udvikler måder at gøre lange rumrejser mulige på.

Forskerne præsenterer deres resultater i dag ved det 254. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

Astronauter kan ikke tage en masse reservedele med ud i rummet, fordi hver ekstra ounce øger udgifterne til brændstof, der er nødvendige for at undslippe Jordens tyngdekraft. "Hvis astronauter skal foretage rejser, der strækker sig over flere år, vi bliver nødt til at finde en måde at genbruge og genbruge alt, hvad de bringer med sig, " Mark A. Blenner, Ph.D., siger. "Atomøkonomi bliver virkelig vigtig."

Løsningen ligger til dels hos astronauterne selv, som konstant vil generere affald fra vejrtrækning, spise og bruge materialer. I modsætning til deres venner på jorden, Blenner siger, disse rumfarere ønsker ikke at smide nogen affaldsmolekyler væk. Så han og hans team studerer, hvordan man genbruger disse molekyler og konverterer dem til produkter, som astronauterne har brug for, såsom polyestere og næringsstoffer.

Nogle essentielle næringsstoffer, såsom omega-3 fedtsyrer, har en holdbarhed på blot et par år, siger Blenner, der er på Clemson University. De skal laves undervejs, begynder et par år efter lanceringen, eller på destinationen. "At have et biologisk system, som astronauter kan vågne fra en sovende tilstand for at begynde at producere, hvad de har brug for, når de har brug for det, er motivationen for vores projekt, " han siger.

Blenners biologiske system omfatter en række forskellige stammer af gær Yarrowia lipolytica . Disse organismer kræver både nitrogen og kulstof for at vokse. Blenners team opdagede, at gæren kan få deres nitrogen fra urinstof i ubehandlet urin. I mellemtiden gæren får deres kulstof fra CO ₂ , som kunne komme fra astronauters udånding, eller fra Mars atmosfære. Men at bruge CO ₂ , gæren kræver en mellemmand til at "fikse" kulstoffet til en form, de kan indtage. Til dette formål, gæren er afhængig af fotosyntetiske cyanobakterier eller alger leveret af forskerne.

En af gærstammerne producerer omega-3 fedtsyrer, som bidrager til hjertet, øjen- og hjernesundhed. En anden stamme er blevet konstrueret til at udskille monomerer og forbinde dem til polyesterpolymerer. Disse polymerer kunne derefter bruges i en 3-D-printer til at generere nye plastikdele. Blenners team fortsætter med at konstruere denne gærstamme til at producere en række monomerer, der kan polymeriseres til forskellige typer polyestere med en række egenskaber.

For nu, de konstruerede gærstammer kan kun producere små mængder polyestere eller næringsstoffer, men forskerne arbejder på at øge produktionen. De kigger også på applikationer her på jorden, i fiskeopdræt og menneskelig ernæring. For eksempel, fisk opdrættet via akvakultur skal have tilskud af omega-3 fedtsyrer, som kunne fremstilles af Blenners gærstammer.

Selvom andre forskningsgrupper også sætter gær på arbejde, de har ikke samme tilgang. For eksempel, et hold fra DuPont bruger allerede gær til at lave omega-3 fedtsyrer til akvakultur, men dens gær lever af raffineret sukker i stedet for affaldsprodukter, siger Blenner. I mellemtiden to andre teams udvikler gær til fremstilling af polyestere. Imidlertid, i modsætning til Blenners gruppe, de konstruerer ikke organismerne for at optimere den producerede type polyester, han siger.

Uanset deres tilgang, disse forskere tilføjer alle til mængden af ​​viden om Y. lipolytica , som er blevet undersøgt meget mindre end, sige, gæren, der bruges i ølproduktionen. "Det er vi ved at lære Y. lipolytica er en hel del anderledes end anden gær i deres genetik og biokemiske natur, "Siger Blenner. "Hver ny organisme har en vis mængde særhed, som du skal fokusere på og forstå bedre."