Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), unikalnym laboratorium krążącym 400 kilometrów nad naszymi głowami, wkrótce rozpocznie się nowa era badań naukowych wraz z przybyciem misji NASA SpaceX Crew-11. Załoga, składająca się z doświadczonych astronautów i naukowców, przeprowadzi serię rewolucyjnych eksperymentów, które mogą odmienić medycynę, żywienie i nasze rozumienie życia poza Ziemią. W centrum ich misji, która potrwa kilka miesięcy, znajdują się badania od masowej produkcji komórek macierzystych po rozwój alternatyw dla antybiotyków i uprawę roślin w stanie zerowej grawitacji. Te wysiłki są nie tylko kluczowe dla przyszłych długoterminowych misji na Księżyc i Marsa, ale także obiecują znaczące korzyści dla ludzkości na naszej planecie.

W skład załogi wchodzą astronauci NASA Zena Cardman, która obejmie rolę dowódcy misji, i Mike Fincke, doświadczony pilot i weteran lotów kosmicznych, a także astronauta Japońskiej Agencji Eksploracji Aerokosmicznej (JAXA), Kimiya Yui. Dla Cardman, geobiolożki z doświadczeniem w ekspedycjach antarktycznych, jest to pierwszy lot w kosmos, podczas gdy Fincke ma za sobą prawie 400 dni spędzonych na orbicie podczas trzech poprzednich misji. Yui, były pilot i pułkownik Japońskich Powietrznych Sił Samoobrony, również powraca na stację po swoim pierwszym pobycie w 2015 roku. Ich połączenie wiedzy naukowej i doświadczenia lotniczego czyni ich idealnym zespołem do przeprowadzenia złożonych zadań naukowych, które na nich czekają.

Rewolucja w medycynie regeneracyjnej: Hodowla komórek macierzystych w kosmosie

Jednym z najambitniejszych eksperymentów misji Crew-11 jest StemCellEx-IP1, mający na celu wykorzystanie mikrograwitacji do masowej produkcji indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC). Komórki te, tworzone poprzez przeprogramowanie komórek skóry lub krwi, mają niesamowitą zdolność do przekształcania się w dowolny typ komórki w ciele. To czyni je kamieniem węgielnym medycyny regeneracyjnej z potencjałem leczenia chorób takich jak choroba Parkinsona, cukrzyca, choroby serca i uszkodzenia rdzenia kręgowego. Jednak na Ziemi ich produkcja jest ograniczona. Ze względu na grawitację komórki hoduje się w warstwach 2D, co utrudnia uzyskanie dużych ilości potrzebnych do zastosowań klinicznych.

W stanie nieważkości stacji kosmicznej komórki mogą swobodnie rozprzestrzeniać się w trzech wymiarach, tworząc sferyczne agregaty. Naukowcy mają nadzieję, że ta hodowla 3D umożliwi produkcję nawet 1000 razy więcej komórek niż jest to możliwe na Ziemi. Oprócz ilości, oczekuje się również poprawy jakości komórek, co uczyniłoby je bardziej odpowiednimi do zastosowań terapeutycznych. Sukces tego eksperymentu mógłby otworzyć drzwi do medycyny spersonalizowanej, gdzie własne komórki pacjenta mogłyby być wykorzystywane do tworzenia zastępczych tkanek i organów, minimalizując ryzyko odrzucenia. Stanowi to niesamowity potencjał do poprawy życia i znalezienia lekarstw na choroby, które dziś uważa się za nieuleczalne.

Walka z superbakteriami: Fagi jako alternatywa dla antybiotyków

Długotrwały pobyt w kosmosie niesie ze sobą liczne zagrożenia dla zdrowia, a jednym z najpoważniejszych jest groźba infekcji bakteryjnych. Poprzednie badania wykazały, że niektóre bakterie w mikrograwitacji stają się bardziej zjadliwe i szybciej rosną, podczas gdy skuteczność antybiotyków maleje. Ten problem, w połączeniu z globalnym zagrożeniem rosnącej oporności na antybiotyki na Ziemi, skłonił naukowców do poszukiwania alternatywnych rozwiązań.

Tu na scenę wkracza badanie Genes in Space-12, projekt opracowany przez licealistów, Isabelle Chuang i Julię Gross. Ich eksperyment będzie badał interakcję między określonymi bakteriami a bakteriofagami – wirusami, które naturalnie infekują i niszczą bakterie. Fagi, jak się je w skrócie nazywa, są uważane za obiecującą alternatywę dla antybiotyków. Celem tego badania jest ustalenie, jak mikrograwitacja wpływa na zdolność fagów do eliminowania bakterii. Jeśli okaże się, że fagi są skuteczne również w kosmosie, mogłoby to drastycznie zmniejszyć zależność od antybiotyków podczas przyszłych misji na Księżyc i Marsa. Co więcej, fagi wyprodukowane w kosmosie mogłyby mieć unikalne właściwości, które można by wykorzystać do opracowania nowych terapii do walki z superbakteriami tutaj na Ziemi, rewolucjonizując sposób, w jaki radzimy sobie z infekcjami bakteryjnymi.

Zrównoważone żywienie dla przyszłych odkrywców kosmosu

Żywienie jest kluczowym czynnikiem dla zdrowia astronautów, ale zapewnienie świeżej i pożywnej żywności podczas wieloletnich misji, takich jak podróż na Marsa, stanowi ogromne wyzwanie logistyczne. Witaminy i inne składniki odżywcze w paczkowanej żywności z czasem tracą swoją moc, co może prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych, takich jak szkorbut spowodowany niedoborem witaminy C. Eksperyment BioNutrients-3 jest kontynuacją wcześniejszych badań mających na celu opracowanie systemu produkcji składników odżywczych "na żądanie".

Pomysł polega na wykorzystaniu genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów, takich jak drożdże i bakterie, które mogą pozostawać nieaktywne przez lata, a następnie być aktywowane w razie potrzeby w celu wytworzenia świeżych składników odżywczych. Załoga Crew-11 przetestuje produkcję jogurtu i napoju na bazie drożdży. Szczególny nacisk położono na bezpieczeństwo żywności. System obejmuje możliwość pasteryzacji w celu zniszczenia niepożądanych mikroorganizmów, a także czujnik o nazwie E-Nose (elektroniczny nos), który potrafi "wywąchać" potencjalne patogeny. Są też wskaźniki pH, które poprzez zmianę koloru wizualnie pokazują postęp fermentacji. Szczególnie interesującą częścią badania jest testowanie "pasażu jogurtowego" – metody, w której niewielka część gotowego jogurtu jest używana do zapoczątkowania nowej kultury, podobnie jak w przypadku utrzymywania zakwasu chlebowego. To zrównoważone podejście mogłoby wyeliminować obawy dotyczące terminu przydatności do spożycia i znacznie zmniejszyć masę ładunku, który musi być wystrzelony z Ziemi.

Podstawy życia w zerowej grawitacji: Tajemnica podziału komórkowego roślin

Możliwość uprawy własnej żywności jest kluczowa для samowystarczalności przyszłych kolonii kosmicznych na Księżycu czy Marsie. Chociaż astronauci na ISS z powodzeniem wyhodowali już kilka rodzajów sałaty i warzyw, fundamentalne procesy rządzące wzrostem roślin w kosmosie wciąż nie są w pełni zrozumiałe. Badanie prowadzone przez JAXA, o nazwie Plant Cell Division, zagłębi się w podstawy biologii roślin.

Ten eksperyment będzie badał, jak mikrograwitacja wpływa na podział komórkowy, podstawowy proces wzrostu każdego organizmu. Naukowcy będą obserwować zielone algi i hodowane komórki tytoniu, które dzielą się niezwykle szybko, co czyni je idealnymi modelami do obserwacji. Korzystając z zaawansowanego mikroskopu konfokalnego na stacji, załoga będzie w czasie rzeczywistym śledzić podział komórek i tworzenie struktur mikrotubularnych, które są kluczowe dla tego procesu. Zrozumienie, jak rośliny adaptują się do braku sygnału grawitacyjnego, który na Ziemi kieruje wzrost korzeni w dół, a łodyg w górę, jest niezbędne do opracowania skutecznych metod rolnictwa kosmicznego. Wiedza zdobyta w tym badaniu mogłaby również pomóc w optymalizacji produkcji rolnej na Ziemi.

ISS jako trampolina ku przyszłości

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, która od prawie 25 lat nieprzerwanie gości załogi ludzkie, jest czymś więcej niż tylko laboratorium naukowym; jest kluczową platformą przygotowującą ludzkość do następnego wielkiego kroku w eksploracji kosmosu. Każdy z eksperymentów, które przeprowadzi załoga Crew-11, jest częścią większej układanki, która sprawia, że program NASA Artemis i przyszłe misje na Marsa stają się osiągalne. Rozwiązania problemów medycznych, zrównoważona produkcja żywności i zrozumienie podstawowych procesów biologicznych w kosmosie są fundamentem, na którym zostanie zbudowana długoterminowa obecność człowieka poza Ziemią.

Jednocześnie ISS stymuluje rozwój możliwości komercyjnych na niskiej orbicie okołoziemskiej. Współpraca z prywatnymi firmami, takimi jak SpaceX, nie tylko zapewnia transport załóg i ładunków, ale także otwiera drzwi do nowej gospodarki w kosmosie. Badania prowadzone na stacji, od farmaceutyki po materiałoznawstwo, mają ogromny potencjał komercyjny. W ten sposób ISS służy jako most między dzisiejszymi osiągnięciami a przyszłością, w której kosmos będzie bardziej dostępny, a ludzki zasięg rozszerzony głębiej w Układ Słoneczny.

Źródło: NASA