BioSentinel: la prima missione biologica nel deep space

BioSentinel, un CubeSat delle dimensioni di una scatola da scarpe, eseguirà il primo esperimento di biologia di lunga durata nello spazio profondo.
BioSentinel, un CubeSat delle dimensioni di una scatola da scarpe, eseguirà il primo esperimento di biologia di lunga durata nello spazio profondo. Credit: NASA

La missione Artemis 1 è in rampa di lancio allo Kennedy Space Center della NASA in Florida. Il lancio previsto per il 29 Agosto porterà con se una sorpresa: BioSentinel, un CubeSat delle dimensioni di una scatola da scarpe, che eseguirà il primo esperimento biologico di lunga durata nello spazio profondo. 

Mentre le missioni Artemis prepareranno gli esseri umani per missioni sempre più lontane e di lunga durata verso destinazioni come Marte, BioSentinel trasporterà microrganismi, il comune lievito, per aumentare la conoscenza dei rischi per la salute nello spazio profondo.

Cos’è BioSentinel ?

Gli astronauti in missione in questo momento, vivono in un ambiente piuttosto estremo a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). In orbita a circa 300km sopra la Terra in condizioni di microgravità, fanno affidamento su missioni cargo commerciali, circa ogni due mesi, per rifornimenti ed esperimenti. Ma questo luogo è relativamente protetto in termini di radiazioni spaziali. Il campo magnetico terrestre protegge l’equipaggio della stazione spaziale da gran parte delle radiazioni che possono danneggiare il DNA cellulare e creare seri problemi di salute. 

Il video esplicativo della missione Artemis 1. Credit: NASA

Quando i futuri astronauti partiranno per lunghi viaggi, si avventureranno in ambienti saturi di radiazioni pericolose ed avranno bisogno di una protezione per tutta l’intera durata della missione. Con l’aiuto di un esperimento biologico all’interno di un piccolo satellite chiamato BioSentinel, gli scienziati dell’Ames Research Center della NASA, stanno compiendo il primo passo verso una possibile soluzione.

Per apprendere ciò che accade alla vita nello spazio, i ricercatori useranno “organismi modello” che conosciamo bene. Questo aiuta a rimarcare le differenze tra ciò che accade nello spazio e sulla Terra in due esperimenti paralleli. Per BioSentinel, la NASA sta usando il lievito, Saccharomyces cerevisiae, il comune lievito che si usa per la panificazione e nella fermentazione della birra. Sia le nostre cellule che quelle di lievito, sono sensibili alle radiazione ad alta energia che si incontra nello spazio profondo. Questi raggi possono causare rotture nei filamenti di DNA, ma il danno, spesso, può essere riparato dalle cellule con un processo molto simile nelle due specie. 

La missione BioSentinel

BioSentinel sarà il primo esperimento di biologia di lunga durata che avrà luogo oltre la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Entro poche ore dal lancio, SLS (Space Launch System) distribuirà BioSentinel nello spazio. Il satellite, di piccole dimensioni, viaggerà nello spazio profondo sul razzo, supererà la Luna e traccerà un orbita attorno al Sole. Una volta che sarà lontano dal campo magnetico terrestre, il team di BioSentinel avvierà periodicamente studi sui lieviti della durata di una settimana, attivando due ceppi, per farli crescere in presenza di radiazioni spaziali. 

Vista dall'alto dei CubeSat mentre sono posizionati e fissati all'interno dell'adattatore ad anello del razzo SLS.
Vista dall’alto dei CubeSat mentre sono posizionati e fissati all’interno dell’adattatore ad anello del razzo SLS. Credit: NASA

Il primo ceppo si trova comunemente in natura, l’altro è stato invece selezionato perché ha maggiori difficoltà a riparare i danni al DNA. Confrontando il modo in cui i due ceppi rispondono all’ambiente ricco di radiazioni, i ricercatori impareranno di più sui meccanismi che creano danno per la salute degli astronauti. I risultati ottenuti guideranno i biologici nello sviluppo di strategie ad hoc per ridurre i potenziali danni.

Oltre alla missione pionieristica BioSentinel, altri esperimenti identici avranno luogo in diverse condizioni di radiazione e gravità. Uno sulla Stazione Spaziale Internazionale, con microgravità simile allo spazio profondo, ma con radiazioni inferiori. Altri esperimenti si svolgeranno sulla Terra, per il confronto con i campioni cresciuti nello spazio. I dati provenienti da set identici di BioSentinel a bordo della ISS e nei laboratori del Ames Research Center, verranno utilizzati per controllare e confrontare le risposte dei lieviti in diversi ambienti di gravità e radiazione. Nel loro insieme, i dati di BioSentinel saranno fondamentali per interpretare gli effetti dell’esposizione alle radiazioni spaziali, ridurre i rischi associati all’esplorazione umana a lungo termine e confermare i modelli esistenti degli effetti delle radiazioni spaziali sugli organismi viventi. 

Il biosensore, core della missione

Un nuovo strumento, uno speciale biosensore è la componente chiave della missione BioSentinel. Questo strumento è un laboratorio di biotecnologia in miniatura, progettato per misurare come le cellule di lievito rispondono all’esposizione a lungo termine alle radiazioni. Al centro c’è un hardware personalizzato che consente il flusso controllato di volumi estremamente piccoli di liquidi. Questa soluzione fornisce un habitat per i lieviti e un modo per gli scienziati per osservare i cambiamenti in tempo reale.

La scheda di BioSentinel, progettata presso l'Ames Research Center che sarà utilizzata per studiare l'impatto delle radiazioni spaziali interplanetarie sul lievito. Una volta in orbita, la crescita e l'attività metabolica del lievito verranno misurate utilizzando un sistema di rilevamento LED a tre colori ed un colorante che fornisce una lettura dell'attività delle cellule di lievito.
La scheda di BioSentinel, progettata presso l’Ames Research Center che sarà utilizzata per studiare l’impatto delle radiazioni spaziali interplanetarie sul lievito. Una volta in orbita, la crescita e l’attività metabolica del lievito verranno misurate utilizzando un sistema di rilevamento LED a tre colori ed un colorante che fornisce una lettura dell’attività delle cellule di lievito. Credit: NASA

La tecnologia dei biosensori di BioSentinel si basa su sistemi microfluidici sviluppati per precedenti missioni CubeSat. Il precursore più recente è stata la missione  E. coli Anti-Microbial Satellite (rif.) della NASA , o EcAMSat, che ha volato nel 2017. Il satellite è stato schierato in orbita terrestre bassa dalla Stazione Spaziale Internazionale per studiare le basi genetiche dell’efficacia con cui gli antibiotici possono combattere i batteri in volo spaziale. Uno strumento rivelatore di radiazioni fisiche sviluppato presso il Johnson Space Center della NASA volerà insieme al biosensore. Caratterizza e misura le radiazioni ed i suoi risultati saranno confrontati con la risposta biologica del biosensore. 

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.