Des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc) et de l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO) ont développé un système modulaire, dispositif autonome pour cultiver des micro-organismes, qui pourrait permettre aux scientifiques de réaliser des expériences biologiques dans l'espace.

Dans une étude publiée dans Acta Astronautica , l'équipe a montré comment l'appareil peut être utilisé pour activer et suivre la croissance d'une bactérie appelée Sporosarcina pasteurii sur plusieurs jours, avec une implication humaine minimale.

Comprendre comment ces microbes se comportent dans des environnements extrêmes pourrait fournir des informations précieuses pour les missions spatiales habitées telles que "Gaganyaan, " Le premier vaisseau spatial indien avec équipage, lancement prévu en 2022. Ces dernières années, les scientifiques explorent de plus en plus l'utilisation d'une plate-forme de laboratoire sur puce qui combine de nombreuses analyses en une seule puce intégrée pour de telles expériences. Mais il existe des défis supplémentaires à la conception de telles plates-formes pour l'espace extra-atmosphérique, par rapport au laboratoire.

« Il doit être complètement autonome, " précise Koushik Viswanathan, Professeur adjoint au Département de génie mécanique et auteur principal de l'étude. "Outre, vous ne pouvez pas simplement vous attendre aux mêmes conditions de fonctionnement que dans un laboratoire normal… et vous ne pouvez pas avoir quelque chose qui engloutit 500W, par exemple."

Le dispositif développé par l'équipe IISc et ISRO utilise une combinaison de capteurs LED et photodiodes pour suivre la croissance bactérienne en mesurant la densité optique ou la diffusion de la lumière, similaire aux spectrophotomètres utilisés en laboratoire. Il a également des compartiments séparés pour différentes expériences. Chaque compartiment ou « cassette » se compose d'une chambre où les bactéries ‒ en suspension sous forme de spores dans une solution de saccharose ‒ et un milieu nutritif peuvent être mélangés pour relancer la croissance en appuyant à distance sur un interrupteur. Les données de chaque cassette sont collectées et stockées indépendamment. Trois cassettes sont matraquées dans une seule cartouche, qui consomme un peu moins de 1W de puissance. Les chercheurs prévoient qu'une charge utile complète pouvant être embarquée dans un vaisseau spatial contiendra quatre de ces cartouches capables de réaliser 12 expériences indépendantes.

L'équipe devait également s'assurer que l'appareil était étanche et insensible à tout changement d'orientation. "Il s'agit d'un environnement non traditionnel pour la croissance des bactéries. Il est totalement scellé et a un très petit volume. Nous devions voir si nous obtiendrions des résultats [de croissance] cohérents dans ce volume plus petit, " dit Aloke Kumar, Professeur agrégé au Département de génie mécanique, et un autre auteur principal. "Nous devions également nous assurer que la LED qui s'allume et s'éteint ne génère pas beaucoup de chaleur, ce qui peut modifier les caractéristiques de croissance bactérienne. » À l'aide d'un microscope électronique, les chercheurs ont pu confirmer que les spores se sont développées et se sont multipliées en bactéries en forme de bâtonnet à l'intérieur de l'appareil, comme ils l'auraient fait dans des conditions normales en laboratoire.

"Maintenant que nous savons que cette preuve de concept fonctionne, nous sommes déjà passés à l'étape suivante  préparer un modèle de vol [de l'appareil], ", explique Viswanathan. Cela inclurait l'optimisation de l'espace physique que l'appareil peut occuper et ses performances sous des contraintes telles que les vibrations et l'accélération dues à la gravité.

L'appareil peut également être adapté pour étudier d'autres organismes tels que les vers, et pour les expériences non biologiques, disent les chercheurs. "L'idée était de développer une plateforme modèle pour les chercheurs indiens, " explique Kumar. " Maintenant que l'ISRO se lance dans une ambitieuse mission spatiale habitée, il doit trouver ses propres solutions, fait à la maison."