Dankzij de ruimtepakjes overleven de bacteriën in een omgeving die normaal gesproken dodelijk zou zijn.

Wanneer ruimtevaartorganisaties een ruimtevaartuig naar een ander hemellichaam sturen, wordt er momenteel alles aan gedaan om te voorkomen dat het bacteriën meevoert. Je moet er immers niet aan denken dat aardse bacteriën straks Mars of de manen van Jupiter koloniseren en later onterecht voor buitenaards leven worden aangezien. Of – erger nog – het buitenaardse leven aldaar uitroeien.

Biohybride systeem
Maar wanneer we in de nabije toekomst mensen naar Mars sturen, lijkt de kans groot dat we ze – heel bewust – ook een behoorlijke verzameling bacteriën meegeven. Want bacteriën zijn nuttig. Ze verzetten een hoop werk op aarde en kunnen dat ook op Mars doen. Zo hebben Amerikaanse onderzoekers onlangs een systeem ontwikkeld dat bestaat uit bacteriën en licht absorberende halfgeleiders. Het systeem vangt CO2 en licht en de bacteriën gebruiken dat weer om allerhande nuttige chemische stoffen te produceren die van pas komen in de industrie of – later – in een Marskolonie. “Wij gebruiken ons biohybride systeem om CO2 af te vangen voor het maken van brandstoffen, medicijnen, maar ook om middels stikstoffixatie bemesting te maken,” vertelt onderzoeker Peidong Yang. Dat laatste is natuurlijk weer heel nuttig als we op Mars onze eigen groente willen gaan verbouwen.

Zuurstof
Er is alleen één klein probleempje: de bacteriën die onderdeel uitmaken van het biohybride systeem zijn anaeroob, wat betekent dat ze helemaal aangepast zijn aan een leven in een zuurstofarme omgeving. Maar terwijl de bacteriën in het biohybride systeem aan het werk zijn, worden er zogenoemde reactieve zuurstofcomponenten gevormd. “En die zijn vernietigend voor de bacteriën,” aldus Yang.

Ruimtepakje
Yang en collega’s hebben daar nu iets op bedacht: ze voorzien de bacteriën gewoon van een ruimtepakje. “We stoppen deze bacteriën in een schilletje, zodat als die reactieve zuurstofcomponenten in de buurt komen die eerste lijn van defensie, het schilletje, ze afbreekt.” Het ruimtepakje is gemaakt van een zogenoemde MOF: een Metal-Organic Framework. MOFs zijn hybride materialen, opgebouwd uit metaalionen die bij elkaar gehouden worden door organische moleculen. Voor de bacteriën maakten de onderzoekers een flexibele MOF die de micro-organismen in staat stelt om op te zwellen en zich te delen. “Je kunt de MOF zien als een laagje grafeen: een één laagje dikke mantel die de bacterie bedekt,” legt onderzoeker Omar Yaghi uit. “Die 2D MOF drijft in een oplossing met de bacteriën en zodra de bacteriën zich delen worden ze weer bedekt met een nieuwe MOF.”

Waar een ruimtepak astronauten van zuurstof voorziet, zorgt het ruimtepakje voor microben er juist voor dat zij niet met zuurstof in aanraking komen. Afbeelding: University of California, Berkeley.

Langer leven
Experimenten wijzen uit dat bacteriën in zo’n ruimtepakje ongeveer vijf keer langer leven bij een normale zuurstofconcentratie dan hun soortgenoten die geen ruimtepakje dragen. Vaak leven ze in het ruimtepakje zelfs langer dan in hun natuurlijke omgeving, waar ze hooguit enkele maanden standhouden.

De onderzoekers blijven aan hun biohybride systemen knutselen en hopen uiteindelijk een systeem te ontwikkelen dat vrij complexe moleculen voortbrengt. “Zodra je CO2 kunt afvangen en activeren – en dat is het lastigste onderdeel – kun je talloze bestaande chemische en biologische benaderingen gebruiken om CO2 om te zetten in brandstoffen, medicijnen en chemische grondstoffen,” aldus Yang.