Exploiter les microbes issus de la bio-ingénierie comme plate-forme polyvalente pour la nutrition spatiale

May 05, 2024

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 6177 (2022) Citer cet article

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Les entreprises humaines à travers le système solaire nécessiteront des voyages et des habitations de longue durée, créant ainsi des défis pour le maintien d’une alimentation saine. Nous discutons de la consolidation de plusieurs attributs sensoriels et nutritionnels dans des micro-organismes pour développer des systèmes de production alimentaire personnalisables avec un minimum d'intrants, d'empreinte physique et de déchets. Nous envisageons qu’une collection de levures bio-conçues pour un métabolisme à un seul carbone, une nutrition optimale et des textures, goûts, arômes et couleurs variés pourrait servir de plate-forme flexible de production alimentaire. Au-delà de leur potentiel pour soutenir les humains dans l'espace, les aliments issus de la bio-ingénierie à base de microbes pourraient conduire à un nouveau paradigme pour la fabrication alimentaire sur Terre qui assurerait une plus grande autosuffisance et éliminerait la pression exercée sur les écosystèmes naturels.

Les projets spatiaux habités de longue durée, comme le retour sur la Lune pour de longues périodes, la visite d’astéroïdes et les voyages vers Mars, nécessiteront l’autosuffisance et l’optimisation des systèmes de survie. Réduire la dépendance à l’égard de la cargaison de lancement initiale et du réapprovisionnement depuis la Terre améliore l’autonomie, atténue les risques et est essentiel à la viabilité économique et logistique des efforts humains à long terme dans l’espace. La biotechnologie peut jouer un rôle essentiel dans la réalisation de cet objectif1,2. Les systèmes vivants se reproduisent, s'auto-réparent et s'auto-organisent et peuvent être conçus pour exploiter les ressources disponibles pour la production rentable des résultats souhaités (par exemple, nutriments, produits pharmaceutiques, biomatériaux), offrant ainsi un grand potentiel de réduction des cargaisons et réapprovisionnements. En particulier, l’application de la biotechnologie à la production alimentaire hors Terre jouera un rôle déterminant dans le soutien aux déplacements et à l’habitation des humains à travers le système solaire3,4,5. Nous décrivons ici les motivations pour développer des systèmes de production alimentaire basés sur les microbes. Nous examinons l’utilisation de la biologie synthétique pour consolider de multiples attributs sensoriels et nutritionnels des aliments en carbone autotrophe ou déchet en utilisant des micro-organismes pour contribuer à cet effort. Nous discutons également de la perspective de l’approche associée à l’impression tridimensionnelle (3D) pour parvenir à une consommation directe d’aliments microbiens entièrement personnalisés et maximiser la production alimentaire avec un minimum de déchets.

Lors des missions de courte durée, suffisamment de nourriture peut être transportée pour toute la mission, et des réapprovisionnements réguliers permettent de maintenir la Station spatiale internationale approvisionnée en nourriture3. Cependant, parvenir à l’autosuffisance alimentaire sera essentiel pour les futurs voyageurs spatiaux, car la demande de nourriture augmente considérablement à mesure que la durée des efforts spatiaux s’allonge1. A titre d'exemple, on estime qu'une mission avec six équipages pour environ 500 jours de séjour sur Mars nécessitera environ cinq tonnes de nourriture, plus huit à dix tonnes supplémentaires pour les transits interplanétaires et les imprévus5. Outre les énormes coûts logistiques liés au transport et au stockage de grandes quantités de nourriture, les aliments stockés sont susceptibles de se détériorer, de se détériorer et de réduire leurs niveaux de nutriments ou leur biodisponibilité, ce qui pourrait entraîner des pénuries alimentaires ou une dénutrition, compromettant la santé et les performances physiques et cognitives de l'équipage. Par conséquent, outre le transport de toute la nourriture nécessaire ou le fait de compter sur les approvisionnements de la Terre, la meilleure approche pour soutenir les projets spatiaux humains étendus est de produire de la nourriture sur place. Les systèmes alimentaires idéaux devraient être capables de produire de manière fiable, à la demande, des aliments riches en nutriments, rapidement et avec un minimum d’intrants et d’empreinte physique.

Différentes alternatives, notamment les plantes, les algues, les insectes, la viande cultivée et les microbes, ont été envisagées pour produire de la nourriture hors Terre1,6,7,8,9,10. Les micro-organismes nécessitent comparativement moins d’intrants, doublent leur biomasse plus rapidement et se prêtent généralement mieux aux interventions de bio-ingénierie, autant d’avantages essentiels qui justifient leur développement en tant que systèmes de production alimentaire. En outre, en plus d'être consommés dans des aliments et des boissons comme le pain, le yaourt, le fromage, la bière et le vin depuis des millénaires et, plus récemment, comme probiotiques alimentaires, les micro-organismes sont de plus en plus utilisés pour produire des additifs alimentaires et sont considérés comme une source alimentaire durable pour l'avenir11. 12,13. Si les micro-organismes peuvent être cultivés à partir du carbone et de l’azote disponibles ou gaspillés pour produire des aliments attrayants et nutritifs, ils peuvent alors non seulement prolonger la durée des opérations humaines extraterrestres, mais également réduire l’impact environnemental de l’agriculture terrestre actuelle.