Gli esseri umani stanno tornando sulla Luna per la prima volta dopo decenni e intendiamo restarci. Le missioni Artemis della NASA si stanno preparando per una presenza umana sostenuta sulla Luna e attorno ad essa, con l’obiettivo finale di inviare esseri umani su Marte. Queste destinazioni nello spazio profondo presentano rischi per la salute degli astronauti qualitativamente e quantitativamente diversi da quelli associati ai soggiorni sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Uno dei rischi più significativi per gli astronauti che si avventurano al di fuori della protezione del campo magnetico terrestre sono le radiazioni ionizzanti: raggi cosmici galattici (GCR), eventi di particelle solari (SPE) e la radiazione “albedo” prodotta dall’interazione della radiazione spaziale con quella lunare. superficie. L’esposizione alle radiazioni ionizzanti può comportare un aumento del rischio di cancro, malattie cardiovascolari e disturbi neurologici.
Il Lunar Explorer Instrument for Space Biology Applications (LEIA) mira a fornire dati empirici per aiutare a definire questi rischi misurando gli effetti biologici della radiazione lunare e della gravità ridotta utilizzando un microbo ben studiato il cui DNA ha molto in comune con il nostro: il lievito di birra. Sorprendentemente, il lievito e gli esseri umani hanno centinaia di geni simili, compresi quelli importanti per le risposte al danno del DNA, quindi comprendere gli effetti dello stress sul lievito nello spazio ci aiuterà a sviluppare contromisure per proteggere gli esseri umani. Come ulteriore vantaggio, LEIA otterrà misurazioni precise dell’ambiente radioattivo sulla superficie lunare al Polo Sud, vicino al sito di atterraggio previsto per Artemis III, la missione che riporterà gli esseri umani sulla superficie lunare.
LEIA è una suite di strumenti che lavorano insieme per caratterizzare l’ambiente della radiazione lunare e la risposta biologica ad essa. Lo strumento biologico, il BioSensor, si basa sul BioSentinel CubeSat sviluppato presso l’Ames Research Center come parte della missione Artemis I. Il BioSensor ha un sistema microfluidico autonomo in cui le cellule di lievito, mantenute in uno stato dormiente secco per il transito, vengono attivate aggiungendo un terreno di coltura liquido per stimolare la crescita e il metabolismo per diversi giorni. La versione LEIA del BioSensor dispone di 16 schede fluidiche, ciascuna con 16 micropozzetti di coltura, quindi lo strumento può ospitare 256 campioni e standard di calibrazione. Ciascun pozzetto è dotato di tre luci a diodi a emissione di luce (LED), nonché di un sensore a fotodiodo per misurare la crescita cellulare tramite la densità ottica e l’attività metabolica utilizzando un colorante indicatore di ossidazione-riduzione (redox) che cambia colore. Il danno cronico e subletale alle cellule da radiazioni rappresenta una preoccupazione significativa per la salute degli astronauti.
Due rilevatori di radiazioni accompagneranno il BioSensor come parte della suite LEIA. L’Airborne Radiological Enhanced-sensor System (ARES), un rilevatore di radiazioni previsto per l’uso nelle missioni Artemis II e III, misurerà la dose risolta nel tempo, il rateo di dose e la deposizione di energia da parte di particelle cariche provenienti dal vento solare e dal GCR. Il Mini-Fast Neutron Detector (Mini-FND) misurerà i neutroni ad alta energia, che sono una componente sostanziale della radiazione della superficie lunare e un rischio significativo da quantificare per le missioni con equipaggio. Il Mini-FND è una versione miniaturizzata del rilevatore di valutazione delle radiazioni (ISS-RAD) della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). ARES è stato sviluppato presso il Johnson Space Center (JSC) della NASA, mentre il Mini-FND è stato sviluppato dal Southwest Research Institute (SwRI) a Boulder, CO.
La tecnologia LEIA affonda le sue radici in strumenti con una vasta tradizione di volo, ma diversi sviluppi la distinguono dai suoi predecessori. Un esempio è l’introduzione di una funzionalità di “carico tardivo”, che consente ai ricercatori di integrare le schede fluidiche contenenti le cellule di lievito nel BioSensor alla fine dell’assemblaggio del carico utile. Il carico tardivo consente il volo di cellule di lievito fresche, il che mitiga il danno cellulare che si verifica quando le cellule di lievito vengono conservate in condizioni ambientali non ottimali durante i test integrati sul lander e potenziali ritardi nel lancio. Questo miglioramento garantisce misurazioni più dirette degli effetti dell’ambiente della superficie lunare.
I ceppi di lievito LEIA, attualmente in fase di sviluppo da parte dei ricercatori principali (PI) Mark Settles e Sergio Santa Maria presso il NASA Ames Research Center (ARC), rappresentano uno sviluppo biotecnologico fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi scientifici della missione. Gli esperimenti LEIA includeranno sia ceppi trasportati su BioSentinel sia ceppi aggiuntivi ingegnerizzati con modifiche ai percorsi di riparazione del DNA, per fornire dati su come i diversi componenti del macchinario cellulare interagiscono per riparare i danni indotti dalle radiazioni. Inoltre, LEIA includerà ceppi di lievito provenienti dall’esperimento BioNutrients, un progetto per sviluppare fonti alimentari microbiche che potrebbero fornire agli astronauti integratori nutrizionali prodotti su richiesta durante missioni di lunga durata. Nello specifico, LEIA studierà se il lievito progettato per produrre antiossidanti come il beta-carotene può mantenere la produzione di antiossidanti nell’ambiente lunare. LEIA testerà anche ceppi di lievito che includono geni introdotti per aumentare la resistenza alle radiazioni. Sono in corso ricerche approfondite per selezionare ceppi di volo che siano sufficientemente robusti da resistere allo stoccaggio, al lancio e al transito pre-volo, ma sufficientemente sensibili da fornire una risposta biologica misurabile all’ambiente lunare.
LEIA è supportata da un finanziamento PRISM (Payloads and Research Investigation on the Surface of the Moon) e la sua consegna sulla Luna è prevista dal programma Commercial Lunar Payload Services (CLPS) nel 2026.
Dr. Mark Settles e Dr. Sergio Santa Maria (PI), NASA Ames Research Center (ARC)
Programma di biologia spaziale della NASA per scienze biologiche e fisiche (BPS); Ufficio per la strategia e l’integrazione della scienza dell’esplorazione (ESSIO)
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