Aproveitar micróbios produzidos pela bioengenharia como uma plataforma versátil para nutrição espacial

May 05, 2024

Nature Communications volume 13, número do artigo: 6177 (2022) Citar este artigo

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Os empreendimentos humanos através do sistema solar implicarão viagens e habitações de longa duração, criando desafios na manutenção de dietas saudáveis. Discutimos a consolidação de múltiplos atributos sensoriais e nutricionais em microrganismos para desenvolver sistemas de produção de alimentos personalizáveis ​​com o mínimo de insumos, pegada física e desperdício. Prevemos que uma coleção de leveduras bioengenharia para metabolismo de um carbono, nutrição ideal e diversas texturas, sabores, aromas e cores poderia servir como uma plataforma flexível de produção de alimentos. Para além do seu potencial para apoiar os seres humanos no espaço, os alimentos de base microbiana produzidos pela bioengenharia poderão levar a um novo paradigma para a produção de alimentos na Terra, que proporcione maior auto-suficiência e elimine a pressão dos ecossistemas naturais.

Os empreendimentos espaciais humanos de longa duração, como o regresso à Lua por longos períodos, a visita a asteróides e a viagem a Marte, exigirão auto-suficiência e a maximização dos sistemas de suporte à vida. A redução da dependência da carga de lançamento inicial e do reabastecimento a partir da Terra melhora a autonomia, mitiga os riscos e é essencial para a viabilidade económica e logística dos esforços humanos a longo prazo no espaço. A biotecnologia pode desempenhar um papel fundamental na consecução deste objectivo1,2. Os sistemas vivos são auto-replicantes, auto-reparáveis ​​e auto-organizados e podem ser projetados para aproveitar os recursos disponíveis para a produção rentável dos produtos desejados (por exemplo, nutrientes, produtos farmacêuticos, biomateriais), tendo assim um grande potencial para reduzir cargas e reabastecimentos. Em particular, a aplicação da biotecnologia para a produção de alimentos fora da Terra será fundamental para apoiar as viagens e a habitação humana através do sistema solar3,4,5. Aqui, descrevemos a motivação para o desenvolvimento de sistemas de produção de alimentos baseados em microrganismos. Examinamos o uso da biologia sintética para consolidar múltiplos atributos sensoriais e nutricionais dos alimentos em microorganismos autótrofos projetados ou resíduos de carbono que utilizam microorganismos para contribuir para esse esforço. Também discutimos a perspectiva da abordagem em conjunto com a impressão tridimensional (3D) para alcançar o consumo direto de alimentos microbianos totalmente personalizados e maximizar a produção de alimentos com o mínimo de desperdício.

Em missões de curta duração, podem ser transportados alimentos suficientes para toda a missão e os reabastecimentos regulares mantêm a Estação Espacial Internacional abastecida com alimentos3. No entanto, alcançar a auto-suficiência alimentar será essencial para os futuros viajantes espaciais, uma vez que a procura de alimentos aumenta muito à medida que a duração dos esforços espaciais aumenta1. A título de exemplo, estima-se que uma missão com seis tripulantes para ~500 dias de residência em Marte exigirá aproximadamente cinco toneladas de alimentos, além de outras oito a dez toneladas para trânsitos interplanetários e contingências5. Além dos enormes custos logísticos de transporte e armazenamento de grandes quantidades de alimentos, os alimentos armazenados são suscetíveis à deterioração, deterioração e reduções nos níveis de nutrientes ou na biodisponibilidade, o que pode levar à escassez ou subnutrição de alimentos, comprometendo a saúde e o desempenho físico e cognitivo da tripulação. Assim, além de transportar todos os alimentos necessários ou depender dos reabastecimentos da Terra, a melhor abordagem para sustentar empreendimentos espaciais humanos alargados é produzir alimentos no local. Os sistemas alimentares ideais devem ser capazes de produzir de forma confiável alimentos ricos em nutrientes, sob demanda, rápido e com o mínimo de insumos e pegada física.

Diferentes alternativas, incluindo plantas, algas, insetos, carne cultivada e micróbios, têm sido consideradas para produzir alimentos fora da Terra1,6,7,8,9,10. Os microrganismos requerem comparativamente menos insumos, duplicam a sua biomassa mais rapidamente e são geralmente mais receptivos a intervenções de bioengenharia, todas elas vantagens críticas que justificam o seu desenvolvimento como sistemas de produção de alimentos. Além disso, além de serem consumidos em alimentos e bebidas como pão, iogurte, queijo, cerveja e vinho há milênios e, mais recentemente, como probióticos dietéticos, os microrganismos são cada vez mais utilizados para produzir aditivos alimentares e são considerados uma fonte alimentar sustentável para o futuro11, 12,13. Se os microrganismos puderem ser cultivados com carbono e azoto disponíveis ou desperdiçarem para produzir alimentos atractivos e nutritivos, então eles poderão não só prolongar a duração das operações humanas extraterrestres, mas também diminuir o impacto ambiental da actual agricultura baseada na Terra.