Wpływ symulowanego promieniowania kosmicznego na jakość biomasy Chlorella vulgaris - potencjalnego źródła pożywienia dla astronautów.

Nowe możliwości eksploracji kosmosu, a zwłaszcza badania Marsa budzą coraz większe
zainteresowanie ludzi na całym świecie. Jedną z kluczowych potrzeb astronautów, którzy
długookresowo będą funkcjonować w przestrzeni kosmicznej lub na powierzchni innych planet, jest
znalezienie możliwie taniego i szybkiego sposobu pozyskiwania pożywienia o wysokiej wartości
odżywczej. Mars, jako czwarta od Słońca planeta Układu Słonecznego nie nadaje się do życia
biologicznego, jakie znamy na Ziemi. Ludzie, chcąc osiedlić się na Marsie, będą musieli stworzyć
specjalne warunki i systemy podtrzymywania życia. Pokarm dla astronautów powinien być bogaty w
składniki odżywcze a także antyoksydanty ponieważ przy długim przebywaniu w kosmosie wzrasta
prawdopodobieństwo uszkodzeń biologicznych w organizmach ludzi. Potencjalnymi organizmami,
które mogłyby być wykorzystane jako źródło pokarmu są sinice i glony. Przeprowadzają one
fotosyntezę tlenową i stanowiąc na Ziemi podstawę naturalnych ekosystemów a jednocześnie są
bogatym źródłem witamin, białka i tłuszczu. Badania glonów na potrzeby wykorzystania ich w czasie
podróży kosmicznych były prowadzone już w latach 60 XX wieku (Niederwieser i in. 2018). Jednakże
skupiały się one wyłącznie na zbadaniu ich przeżywalności, wymianie gazowej, fotosyntezie i ogólnym
poziomie metabolizmu (Wolff i in. 2013). Odporność glonów oraz sinic na promieniowanie kosmiczne
badano głównie przez naświetlanie ich promieniowaniem gamma, osiągać bardzo dobre przyrosty
biomasy i wydajność fotosyntezy. Tymczasem promieniowanie kosmiczne to promieniowanie
jonizujące, w którego skład wchodzi tzw. promieniowanie kosmiczne galaktyczne (galactic cosmic
rays, GCR) oraz słoneczne (solar cosmic radiation, SCR). Należy podkreślić, że zarówno GCR jak i
SCR składają się w dużym stopniu z protonów (87% i 89% odpowiednio) (Kennedy 2014), dlatego w
planowanych w ramach niniejszego zadania eksperymentach promieniowanie kosmiczne będzie
symulowane przez wiązkę protonów. Do badań wybrano glony eukariotyczne Chlorella vulgaris ze
względu na ich biomasę bogatą w składniki mineralne (jod, potas, żelazo, magnez i wapń), witaminy
(A, B, C, E, K), białka (41–58% suchej masy [s.m.]), węglowodany (12–17% s.m) oraz lipidy (10-22%
s.m.) (Del Mondo i in. 2020). Sprawność aparatu fotosyntetycznego glonów i sinic ulega zmianom w
zależności od warunków świetlnych hodowli; m.in. hodowla glonów w świetle niebiesko-czerwonym z
dodatkiem dalekiej czerwieni poprawia przyrost biomasy oraz stymuluje proces fotosyntezy (Kula i in.
2014, 2016, 2021). W ramach zadania planuje się prowadzenie kultury glonów (w warunkach światła
białego oraz niebiesko-czerwonego z dodatkiem dalekiej czerwieni) do etapu tzw. logarytmicznej fazy
wzrostu komórek (największego przyrost biomasy), a następnie napromieniowanie kultur wiązką
protonów (o różnej dawce protonów). Pozwoli to określić graniczną wartość wiązki protonowej (w Gy),
którą są w stanie tolerować glony, prowadząc efektywnie fotosyntezę i wzrost. Po napromieniowaniu
kultur glonów, w ostatnim etapie badań, będą wykonane analizy zmian zawartości w biomasie lipidów
za pomocą chromatografii gazowej (GC) i witamin za pomocą wysokosprawnej chromatografii
cieczowej (HPLC) oraz analizę ogólnej zawartości białka wraz z określeniem profilu proteomicznego
biomasy glonów (elektroforeza dwukierunkowa na żelu). Kontrolę w całym eksperymencie stanowić
będzie kultura glonów nie poddana napromieniowaniu. Część eksperymentalna związana z
napromieniowaniem kultury będzie wykonana w ramach umowy o współpracy z Instytutem Fizyki
Jądrowej PAN w Krakowie (pod kierunkiem dr hab. Jana Swakonia). Proponowane eksperymenty
wpisują się w nurt badań nad stworzeniem warunków do życia ludzi w kosmosie. Stanowić będą także
punkt wyjścia do dalszych prac związanych z badaniem mechanizmów obronnych komórek glonów
przed oddziaływaniem promieniowania jonizującego oraz roli widma światła w stymulowaniu tych
mechanizmów.