I det voksende tværfaglige forskningsfelt syntesebiologi – eller syntetisk biologi – forsøger forskere at ombygge eksisterende biologiske systemer eller designe systemer med nye funktioner. Feltet forener biologi, ingeniørkunst, kemi og fysik for at forstå, hvordan biologiske systemer er organiseret med det mål at bygge standardiserede biologiske dele. Ambitionen er at skabe et bibliotek af dele, som kan kombineres for at opnå brugbare funktioner. Kilde: Københavns Universitet. Læs mere om syntesebiologiens teknologier, resultater og debatter i den kommende tid på ing.dk. Find listen over relaterede artikler her.Ingeniøren Fokus:
I den hvide kuppel på 11 meter i diameter sidder han hver dag i sit laboratorium, hvor hylderne til venstre bugner af planter, der vokser under blåt, rødt og hvidt lys i næringsrigt vand eller i efterligninger af Mars-jord. Hylderne midtfor og til højre rummer laboratorieudstyr, mens alle andre brugbare hjørner er blevet udstyret med alskens planter og bakterier i beholdere under lamper.
Området ved vulkanen Mauna Loa på Hawaii har været Cyprien Verseux’ hjem de seneste syv måneder.
Om aftenen spiller han ukulele eller danser salsa med de andre fem forskere, der har kuplen som hjem i et år, og skal de udenfor på den golde skråning, ifører de sig rumdragter.
De udgør besætningen på Nasas HI-SEAS IV-mission, som har til hovedformål at optimere sammenholdet mellem astronauter, der skal på langvarige missioner. Men hver især har de egne forskningsprojekter med.
Cyprien Verseux er med som rumbiolog og undersøger muligheder for at dyrke føde til astronauter.
Escherichia coli Vokser hurtigt og nemt, meget velkendt og nem at modificere. Kilde: Cyprien Verseux m.fl.Fem egnede rum-bakterier
Bacillus subtilis Samme fordele som E. coli, dog i lidt mindre grad. Mere robust end E. coli.
Spirulina Cyanobakterie, der indeholder de fleste næringsstoffer, mennesket har brug for – undtagen C-vitamin.
Nostoc spp. Cyanobakterie, som indeholder proteiner og C-vitamin og komplementerer Spirulina godt. Kan optage næring fra Mars-miljøet og producere stoffer til planter og andre mikrober.
Syneshocytis Cyanobakteriernes svar på E. coli. Nem at arbejde med og vokser hurtigt.
Frysetørret mad og lidt trylleri
I kuplen lever han primært af frysetørret mad, som fra tid til anden bliver tryllet om til yoghurt eller ost ved hjælp af bakteriekolonier i laboratoriet, og den løsning kunne også gå på Mars i et års tid – men ved egentlige kolonier er takeaway fra Jorden ikke en mulighed. Seks astronauter ville få brug for mere end 10 ton mad til en treårig mission – som inklusive brændstof og fartøj vil veje op mod 100 ton at sende afsted.
»Skal vi til Mars, skal det ikke bare være for at sætte et fodaftryk og plante et flag. Det er kun turen værd, hvis besætningen kan få meningsfulde videnskabelige data ud af det, og så kræver det, at man bliver der et betragteligt stykke tid,« siger han og understreger, at han gerne selv tager på en kommende bemandet mission til den røde planet.
Foreløbig må han dog blive på Hawaii, hvor omgivelserne er forsøgt gjort så realistiske som muligt, så dette interview er også foregået pr. e-mail. Fra Mars er der ikke noget med lige at ringe hjem. Men e-mails formoder man at kunne sende til og modtage fra Jorden.
Den fysiologiske samhørighed med Jorden er ligeledes nødt til at begrænses, for hvert gram koster at sende til Mars.
Hvordan man lever af støv
Men hvordan brødføder man sig på en planet, der er dækket af støvede klipper, så langt øjet rækker?
Svaret ligger i syntesebiologi – selv at designe de biologiske systemer, man har brug for, forklarer Cyprien Verseux, der skriver sin ph.d. ved Roms universitet med tilknytning til Nasa. Det vil sige, at Cyprien Verseux udnytter sin viden om organismers dna og signalveje til at modificere dem til at blive mere effektive eller til at udføre helt andre opgaver, end naturen havde tiltænkt dem.
Hvad Cyprien Verseux’ bakterier angår, har han kig på cyanobakterier, også kendt som blågrønalger, der lige som planter bruger fotosyntese til at danne stoffer, herunder ilt.
Planen er, at astronauterne, når tid er, kun skal tage de mest basale fornødenheder med sig samt små rør indeholdende en ’surdej’ af modificerede cyanobakterier, som kan sættes til lidt af hvert.
Fordelen er, at mens astronauter nok vil vurdere Mars’ naturlige køkkenhave som værende lidt til den tørre side, så er cyanobakterier ikke kræsne og gnasker gerne sten og Mars-støv i sig og kvitterer med mad, ilt og brændstof. I hvert fald hvis projekterne går, som det forventes – og Cyprien Verseux understreger, at det ser lovende ud.
Mars-jorden indeholder kritiske stoffer som kulstof, brint, ilt, nitrogen, fosfor og svovl samt mindre mængder af bl.a. magnesium, jern, calcium og zink. Så alle de rette ingredienser til, at bakterierne kan ånde og spise, er til stede.
Vigtige stoffer fanget i sten og gas
»I teorien er alle elementerne der til at understøtte liv på Mars, men i praksis findes mange af dem i former, som organismer normalt ikke kan bruge direkte, fordi de er fanget i sten eller gasser,« siger han og fortsætter:
»Men cyanobakterier har en særlig metabolisme, så de kan spise gas fra atmosfæren, vand, sollys samt mineraler fra jorden. På den måde kan de producere mad, brændstof og ilt – men også stoffer, som planter og andre mikroorganismer igen kan omsætte til mad og kemikalier,« fortæller Cyprien Verseux.
Mellemled kan især blive nødvendige i forbindelse med fødevareproduktionen. For godt nok er de grønne bakterier fulde af næring – eller kan modificeres til at blive det – men bakterierne vil formentlig være temmelig bitre for astronauternes smagsløg, understreger Cyprien Verseux.
Til gengæld kan de hjælpe planter med at ‘tygge’ kvælstoffet fra atmosfæren og mineralerne i jorden og producere stoffer, som bedre kan optages af mere madlignende planter. Vandet kan komme fra kilder på Mars, som forskerne enten allerede har fundet eller forventer at finde.
Hyggemad og brændstof
»Astronauter er klar til at gå på kompromis, men bakterier er ikke ligefrem mormor-mad, så lidt rigtig hyggemad ville påvirke humøret i positiv retning,« siger han og understreger, at bakterierne også kan sættes til at producere sukkerstoffer, der kan hjælpe smagen lidt på vej.
Og når tiden kommer til at vende næsen hjem mod Jorden, kan bakterierne hjælpe med brændstoffet. Gær er udmærket til at producere ethanol, og forskerne mener, at gærceller på Mars vil kunne få næring ved at spise cyanobakterier eller stoffer produceret af disse. Alternativt vil cyanobakterier kunne bruge Solens energi til at producere stoffer, der omdanner CO2 til kulbrinte.
Og al denne viden kan også komme os på Jorden til gode.
»Teknologierne, som vi udvikler til Mars-missioner, kunne bl.a. få stor betydning i udviklingslande, hvor man kan gøre bedre brug af mineraler, solenergi og store åbne arealer som ørkener. Samtidig vil det afhjælpe mangel på fossile brændstoffer og for stor udledning af drivhusgasser,« siger Cyprien Verseux, som kan følges på bloggen ’Walking on Red Dust’ samt på Facebook og Twitter.
