Nasa, en collaboration avec d'autres grandes agences spatiales, vise à envoyer ses premières missions humaines sur Mars au début des années 2030, tandis que des entreprises comme SpaceX peuvent le faire encore plus tôt. Les astronautes sur Mars auront besoin d'oxygène, l'eau, nourriture, et autres consommables. Ceux-ci devront provenir de Mars, car les importer de la Terre serait peu pratique à long terme. Dans Frontières en microbiologie , les scientifiques montrent pour la première fois que les cyanobactéries Anabaena peuvent être cultivées avec uniquement des gaz locaux, l'eau, et d'autres nutriments et à basse pression. Cela rend beaucoup plus facile le développement de systèmes biologiques durables de soutien à la vie.

"Ici, nous montrons que les cyanobactéries peuvent utiliser les gaz disponibles dans l'atmosphère martienne, à faible pression totale, comme source de carbone et d'azote. Dans ces conditions, les cyanobactéries ont conservé leur capacité à se développer dans de l'eau contenant uniquement de la poussière semblable à celle de Mars et pourraient toujours être utilisées pour nourrir d'autres microbes. Cela pourrait aider à rendre les missions à long terme vers Mars durables, " dit l'auteur principal, le Dr Cyprien Verseux, un astrobiologiste qui dirige le Laboratoire de microbiologie spatiale appliquée au Centre de technologie spatiale appliquée et de microgravité (ZARM) de l'Université de Brême, Allemagne.

Atmosphère basse pression

Les cyanobactéries ont longtemps été ciblées comme candidates pour piloter le maintien de la vie biologique dans les missions spatiales, car toutes les espèces produisent de l'oxygène par photosynthèse tandis que certaines peuvent fixer l'azote atmosphérique en nutriments. Une difficulté est qu'ils ne peuvent pas pousser directement dans l'atmosphère martienne, où la pression totale est inférieure à 1% de celle de la Terre—6 à 11 hPa, trop faible pour la présence d'eau liquide - tandis que la pression partielle d'azote gazeux - 0,2 à 0,3 hPa - est trop faible pour leur métabolisme. Mais recréer une atmosphère semblable à la Terre coûterait cher :il faudrait importer des gaz, alors que le système de culture devrait être robuste - par conséquent, lourd au fret - pour résister aux différences de pression :"Pensez à une cocotte-minute, " dit Verseux. Les chercheurs ont donc cherché un juste milieu :une atmosphère proche de celle de Mars qui permet aux cyanobactéries de bien se développer.

Pour trouver des conditions atmosphériques appropriées, Verseux et al. développé un bioréacteur appelé Atmos (pour "Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems"), dans lequel les cyanobactéries peuvent être cultivées dans des atmosphères artificielles à basse pression. Tout apport doit provenir de la planète rouge elle-même :à part l'azote et le dioxyde de carbone, gaz abondants dans l'atmosphère martienne, et de l'eau qui pourrait être extraite de la glace, les nutriments doivent provenir du "régolithe", la poussière recouvrant les planètes et les lunes semblables à la Terre. Il a été démontré que le régolithe martien est riche en nutriments tels que le phosphore, soufre, et du calcium.

Anabaena :cyanobactérie polyvalente cultivée sur de la poussière semblable à celle de Mars

Atmos dispose de neuf récipients de 1 L en verre et en acier, dont chacun est stérile, chauffé, à pression contrôlée, et surveillé numériquement, tandis que les cultures à l'intérieur sont continuellement agitées. Les auteurs ont choisi une souche de cyanobactéries fixatrices d'azote appelée Anabaena sp. PCC 7938, parce que des tests préliminaires ont montré qu'il serait particulièrement efficace pour utiliser les ressources martiennes et aider à faire croître d'autres organismes. Il a été démontré que des espèces étroitement apparentées sont comestibles, adapté au génie génétique, et capable de former des cellules dormantes spécialisées pour survivre à des conditions difficiles.

Verseux et ses collègues ont d'abord cultivé Anabaena pendant 10 jours dans un mélange de 96 % d'azote et de 4 % de dioxyde de carbone à une pression de 100 hPa, soit dix fois moins que sur Terre. Les cyanobactéries se sont développées ainsi que sous air ambiant. Ensuite, ils ont testé la combinaison de l'atmosphère modifiée avec le régolithe. Parce qu'aucun régolithe n'a jamais été apporté de Mars, ils ont utilisé un substrat développé par l'Université de Floride centrale (appelé "Mars Global Simulant") à la place pour créer un milieu de croissance. En tant que contrôles, Anabaena ont été cultivées en milieu standard, soit à l'air ambiant, soit sous la même atmosphère artificielle à basse pression.

Les cyanobactéries se sont bien développées dans toutes les conditions, y compris en régolithe sous le mélange riche en azote et dioxyde de carbone à basse pression. Comme prévu, ils ont poussé plus vite sur un milieu standard optimisé pour les cyanobactéries que sur Mars Global Simulant, sous l'une ou l'autre atmosphère. Mais c'est toujours un grand succès :alors que le support standard devrait être importé de la Terre, Le régolithe est omniprésent sur Mars. "Nous voulons utiliser comme nutriments les ressources disponibles sur Mars, et seulement ceux-là, " dit Verseux.

La biomasse séchée d'Anabaena a été broyée, en suspension dans de l'eau stérile, filtré, et utilisé avec succès comme substrat pour la croissance de bactéries E. coli, prouver que les sucres, acides aminés, et d'autres nutriments peuvent en être extraits pour nourrir d'autres bactéries, qui sont des outils moins robustes mais éprouvés pour la biotechnologie. Par exemple, E. coli pourrait être conçu plus facilement qu'Anabaena pour produire des produits alimentaires et des médicaments sur Mars qu'Anabaena ne peut pas.

Les chercheurs concluent que la fixation de l'azote, les cyanobactéries productrices d'oxygène peuvent être cultivées efficacement sur Mars à basse pression dans des conditions contrôlées, avec des ingrédients exclusivement locaux.

D'autres améliorations dans le pipeline

Ces résultats constituent une avancée importante. Mais les auteurs préviennent que d'autres études sont nécessaires :« Nous voulons passer de cette preuve de concept à un système qui peut être utilisé efficacement sur Mars, " dit Verseux. Ils suggèrent d'affiner la combinaison de pression, gaz carbonique, et de l'azote optimal pour la croissance, en testant d'autres genres de cyanobactéries, peut-être génétiquement adapté aux missions spatiales. Un système de culture pour Mars doit également être conçu :

"Notre bioréacteur, Atmos, n'est pas le système de culture que nous utiliserions sur Mars :il est destiné à tester, sur Terre, les conditions que nous y offririons. Mais nos résultats aideront à guider la conception d'un système de culture martien. Par exemple, la pression plus faible permet de développer une structure plus légère et plus facilement transportable, car il n'aura pas à supporter de grandes différences entre l'intérieur et l'extérieur, " conclut Verseux.