Buduće dugotrajne ljudske misije na Mjesec i Mars, koje NASA planira, predstavljaju monumentalne logističke izazove. Jedan od ključnih problema jest osiguravanje adekvatne prehrane za astronaute tijekom višegodišnjih putovanja, gdje je prostor za teret ograničen, a mogućnosti za opskrbu nepostojeće. Vitamini i drugi ključni nutrijenti imaju ograničen rok trajanja i s vremenom gube svoju učinkovitost, što znači da zalihe ponesene sa Zemlje možda neće biti dovoljne ili djelotvorne. Kako bi premostili ovu prepreku, znanstvenici razvijaju revolucionarnu tehnologiju bioproizvodnje – stvaranje hranjivih tvari na zahtjev, izravno u svemiru. U središtu ovih napora nalazi se serija eksperimenata pod nazivom BioNutrients, koja testira sposobnost mikroorganizama da postanu minijaturne, samoodržive tvornice vitalnih spojeva za ljudsko zdravlje.

Mikroskopske tvornice za zdravlje astronauta

Inicijalni korak u ovom ambicioznom projektu bio je eksperiment BioNutrients-1, lansiran na Međunarodnu svemirsku postaju (ISS) još u travnju 2019. godine. Tijekom gotovo šestogodišnjeg istraživanja, astronauti su testirali sustav temeljen na genetski modificiranom pekarskom kvascu (Saccharomyces cerevisiae), mikroorganizmu koji je siguran i uobičajen u ljudskoj prehrani. Znanstvenici u NASA-inom istraživačkom centru Ames u Silicijskoj dolini osmislili su sustav u kojem dehidrirani kvasac i praškasti izvor hrane čekaju u posebnim spremnicima. Aktivacija je jednostavna: astronauti ubrizgavaju sterilnu vodu, čime se pokreće proces rasta. U tekućem okruženju, kvasac se umnožava i, poput sićušne tvornice, počinje proizvoditi beta karoten i zeaksantin. Riječ je o moćnim antioksidansima, inače prisutnima u povrću poput mrkve i špinata, koji su od presudne važnosti za zaštitu očiju od oštećenja, što je posebno bitno u svemirskom okruženju s povišenom razinom radijacije.

Astronauti nisu konzumirali proizvedene nutrijente; umjesto toga, nakon 48 sati inkubacije na toplom, uzorci su zamrzavani i vraćani na Zemlju radi detaljne analize. Znanstvenici su pomno proučavali učinkovitost sustava, količinu naraslog kvasca te koncentraciju proizvedenih hranjivih tvari. Jedan od ključnih ciljeva BioNutrients-1 bio je testiranje dugoročne održivosti. U tu svrhu korištene su dvije vrste kvasca. Prva je bila sposobna formirati spore – dormantni, izrazito otporan oblik života koji može preživjeti ekstremne uvjete, uključujući visoku radijaciju i dugotrajno skladištenje. Očekuje se da bi spore mogle ostati vijabilne najmanje pet godina, što je ključno za misije na Mars. Druga vrsta kvasca bila je u vegetativnom, odnosno metabolički aktivnom obliku. Iako se očekivao kraći rok trajanja, ova vrsta je zanimljiva jer se već komercijalno koristi u probiotičkim suplementima i nudi širi spektar mogućnosti za buduće modifikacije. Analize uzoraka vraćenih na Zemlju pokazale su izvanredne rezultate – neki su mikroorganizmi ostali sposobni za aktivaciju i nakon više od pet godina u svemiru, potvrđujući robustnost koncepta.

Evolucija eksperimenta: Od krutih spremnika do fleksibilnih vrećica

Nadovezujući se na uspjehe prve faze, u studenom 2022. godine na ISS je stigao BioNutrients-2. Ovaj nastavak donio je značajne inovacije, s ciljem optimizacije sustava za stvarne uvjete dugotrajnih svemirskih letova. Najveća promjena bila je u hardveru. Umjesto relativno teških i krutih spremnika, BioNutrients-2 je koristio lagane, fleksibilne vrećice, slične onima u kojima se pakira hrana za astronaute. Ovaj redizajn drastično je smanjio masu i volumen sustava, oslobađajući dragocjeni prostor i smanjujući troškove lansiranja.

Istovremeno, proširen je i "jelovnik" mikroorganizama. Uz dvije vrste kvasca iz prvog eksperimenta, dodane su četiri nove kulture. Dvije od njih bile su bakterije koje se koriste za proizvodnju jogurta, jedna za kefir, a posljednja je bila posebno zanimljiva – vrsta kvasca bioinženjeringom osposobljena za proizvodnju folistatina. Folistatin je protein koji igra ključnu ulogu u održavanju mišićne mase jer inhibira djelovanje miostatina, proteina odgovornog za razgradnju mišića. Atrofija mišića jedan je od najvećih zdravstvenih rizika za astronaute u bestežinskom stanju, a mogućnost proizvodnje spoja koji bi tome mogao parirati izravno u svemiru predstavlja potencijalnu revoluciju u svemirskoj medicini. Tijekom 2023. godine, posada na ISS-u uspješno je provela dva ciklusa eksperimenata s ovim novim sustavom, potvrđujući njegovu funkcionalnost i svestranost.

Najnovija faza: Sigurnost hrane i multifunkcionalni kvasac na ISS-u

Najnovije poglavlje u sagi BioNutrients započelo je nedavno, u kolovozu 2025., lansiranjem eksperimenta BioNutrients-3 misijom SpaceX CRS-33. Ova faza predstavlja ključan korak prema stvarnoj primjeni, s naglaskom na sigurnosti hrane i daljnjem povećanju učinkovitosti. Hardver se i dalje temelji na fleksibilnim vrećicama, ali su one sada većeg volumena kako bi se omogućilo testiranje sigurnosnih protokola na većim uzorcima. U ovoj fazi koriste se komercijalni starteri za jogurt i kefir, kao i novi, napredni sojevi kvasca koji su genetski modificirani da proizvode više različitih nutrijenata unutar jedne vrećice. Ovo je značajan korak naprijed u optimizaciji procesa.

Jedna od najzanimljivijih inovacija u BioNutrients-3 jest supstrat za rast mikroorganizama koji je u potpunosti jestiv, iako ga astronauti još neće konzumirati. To je priprema za buduće eksperimente u kojima će se proizvodi testirati kao stvarni izvor prehrane. Uz to, uveden je i genijalan vizualni indikator za praćenje fermentacije. U smjesu je dodan prirodni pigment iz crvenog kupusa, koji mijenja boju ovisno o kiselosti (pH vrijednosti). Kako bakterije pretvaraju šećere u kiselinu tijekom fermentacije jogurta i kefira, smjesa mijenja boju iz ljubičaste u ružičastu. To astronautima omogućuje jednostavan, vizualan i nepogrešiv način da prate napredak procesa bez potrebe za složenom opremom.

Inovativne tehnologije za budućnost svemirskih putovanja

BioNutrients-3 uvodi i nekoliko naprednih tehnologija koje su ključne za stvaranje samoodrživog sustava prehrane. Jedna od njih je testiranje "elektroničkog nosa" (E-Nose), senzora koji simulira ljudski osjet mirisa s iznimnom osjetljivošću. Ovaj uređaj može detektirati hlapljive organske spojeve koje ispuštaju patogeni ili bakterije kvarenja, pružajući brzu i neinvazivnu metodu za provjeru sigurnosti hrane. Nadalje, astronauti će testirati proces pasterizacije koristeći postojeću opremu na postaji – grijač za hranu. Time se provjerava mogućnost uništenja preostalih mikroorganizama nakon završetka fermentacije kako bi proizvod bio siguran za dugoročno skladištenje i konzumaciju. Konačno, demonstrirat će se i tehnika re-kultivacije, gdje se mali dio gotovog jogurta koristi za pokretanje nove serije, slično kao što se održava starter za kiselo tijesto. Ovladavanje ovom tehnikom značilo bi da se sustav može održavati gotovo neograničeno s minimalnim početnim zalihama.

Širi doseg: Od svemira do zabačenih kutaka Zemlje

Iako je primarno razvijena za potrebe astronauta, tehnologija koja stoji iza projekta BioNutrients ima ogroman potencijal i na Zemlji. Sposobnost proizvodnje svježih hranjivih tvari, pa čak i lijekova, na zahtjev i s minimalnom infrastrukturom mogla bi transformirati život u zabačenim područjima, zonama pogođenim prirodnim katastrofama ili tijekom dugotrajnih vojnih operacija gdje su lanci opskrbe nepouzdani. Razvojem mikroorganizama koji mogu izdržati dugo razdoblje neaktivnosti i potom se uspješno reaktivirati, NASA ne samo da otvara vrata istraživanju dubokog svemira, već i stvara rješenja koja bi mogla poboljšati zdravlje i kvalitetu života ljudi diljem našeg planeta.