Les astronautes qui arrivent et reviennent de stations spatiales transportent avec eux des milliards d’organismes microscopiques. Par exemple, de nouvelles espèces de bactéries adaptées à l’espace ont été découvertes sur la station spatiale chinoise Tiangong. Récemment, 26 espèces de bactéries jusqu’alors inconnues ont été découvertes dans les salles blanches de la NASA, parmi les environnements les plus stériles jamais créés par l’humanité. Une autre étude montre que, sous l’effet du stress, des souches isolées de l’ISS ont muté et sont devenues génétiquement et fonctionnellement distinctes de leurs homologues terrestres.
De nouvelles espèces de bactéries adaptées à l’espace ont été découvertes à bord de la station spatiale chinoise Tiangong. Des scientifiques ont découvert une souche microbienne jusqu’alors inconnue après avoir analysé des échantillons prélevés à bord.
La nouvelle souche de microbe, officiellement nommée Niallia tiangongensis, a été découverte dans des échantillons microbiens collectés à la surface de Tiangong lors de la mission habitée Shenzhou-15, qui est revenue sur Terre en juin 2023.
Le nouveau microbe est une bactérie aérobie, sporulée et en forme de bâtonnet, selon sa description dans un article évalué par des pairs dans l’International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, publié en mars 2025. C’est la première fois qu’une nouvelle espèce est découverte à bord de la station spatiale Tiangong à trois modules en orbite terrestre basse.
Représentation artistique de la station spatiale chinoise Tiangong. Administration chinoise des espaces habités.
La nouvelle espèce est étroitement apparentée à une espèce présente sur Terre dans le sol et les déchets, et qui peut provoquer des infections, voire une septicémie, chez les personnes immunodéprimées. Des études morphologiques, le séquençage du génome, l’analyse phylogénétique et le profilage métabolique ont permis de l’identifier comme une nouvelle souche appartenant au genre Niallia de la famille des Cytobacillaceae.
«Comprendre les caractéristiques des microbes pendant les vols spatiaux de longue durée est essentiel pour protéger la santé des astronautes et maintenir les performances des engins spatiaux», indique l’article.
L’adaptation apparente du nouveau microbe aux conditions orbitales le distingue de ses parents terrestres. Niallia tiangongensis présente une réponse accrue au stress oxydatif et une capacité unique à former des biofilms, ce qui facilite la récupération après une exposition aux radiations.
Selon l’article, ces adaptations, causées par des différences structurelles et fonctionnelles dans les deux types de protéines, démontrent que le microbe a développé des mécanismes pour l’aider à survivre dans les conditions extrêmes de l’environnement spatial.
Les auteurs de l’article sont des chercheurs du Shenzhou Space Biotechnology Group et de l’Institut d’ingénierie des systèmes spatiaux de Pékin.
Les astronautes chinois travaillant à bord de Tiangong collectent régulièrement des échantillons microbiens de l’air, des surfaces et des points d’eau de la station spatiale pour surveiller l’état de l’environnement.
Ce n’est pas la première fois qu’une nouvelle espèce est découverte dans l’espace. Bien que les stations spatiales soient des environnements relativement propres et exposées à des doses de radiation plus élevées que la surface terrestre, les astronautes qui arrivent et reviennent de stations spatiales transportent avec eux des milliards d’organismes microscopiques.
Un certain nombre de nouvelles bactéries ont été découvertes sur la Station spatiale internationale, notamment des souches de bactéries qui pourraient aider les astronautes à cultiver des cultures sur Mars.
Récemment, 26 espèces de bactéries jusqu’alors inconnues ont été découvertes dans les salles blanches de la NASA, certains des endroits les plus stériles jamais créés par l’humanité, conçus pour empêcher le transfert de microbes indésirables des vaisseaux spatiaux vers d’autres corps planétaires.
Les recherches à bord de Tiangong comprennent également une évaluation des interactions microbiennes avec les matériaux embarqués, a rapporté la Télévision centrale chinoise (CCTV), citant l’Agence spatiale habitée chinoise. Les tests comprennent l’étude des effets du champignon Aspergillus niger (moisissure noire) sur divers matériaux, tels que les circuits imprimés recouverts de polyuréthane, les cartes en cuivre nu et les gaines thermorétractables, afin de mieux comprendre comment les colonies microbiennes peuvent provoquer de la corrosion dans l’espace.
Des bactéries multirésistantes aux antibiotiques ont été découvertes à bord de l’ISS. Elles mutent et présentent des fonctions différentes. Dans une étude financée par une bourse Ames Space Biology, le Dr Kasthuri Venkateswaran, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a étudié des souches d’Enterobacter bugandensis isolées de la Station spatiale internationale (ISS).
Recherches sur la Station spatiale internationale. NASA
Treize souches d’E. bugandensis, une bactérie connue pour ses propriétés multirésistantes aux antibiotiques, ont été isolées de l’ISS. Les résultats de l’étude montrent que, sous l’effet du stress, les souches isolées de l’ISS ont muté et sont devenues génétiquement et fonctionnellement distinctes de leurs homologues terrestres. Ces souches ont pu survivre de manière viable à bord de l’ISS pendant de longues périodes, en nombre significatif. E. bugandensis a coexisté avec de nombreux autres micro-organismes et, dans certains cas, a pu contribuer à la survie de ces organismes.
Voir aussi... Les scientifiques tirent la sonnette d'alarme: le monde perd rapidement de l'eau douce Changements anthropiques et climatiques dans les rivières et les lacs de la Terre |
Les environnements artificiels fermés comme l’ISS sont des zones uniques aux conditions extrêmes, exposées à la microgravité, aux radiations et à des niveaux élevés de dioxyde de carbone. Tout micro-organisme pénétrant dans ces zones doit s’adapter pour prospérer. En étudiant la dynamique microbienne dans des conditions extrêmes, cette recherche ouvre la voie au développement de mesures préventives efficaces pour protéger la santé des astronautes.
Un petit groupe de scientifiques de l’équipe Biofilm du Marshall Space Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, étudie des solutions pour lutter contre les colonies de bactéries ou de champignons à croissance rapide, connues sous le nom de biofilm, pour les futures missions spatiales.
Le biofilm se forme lorsqu’un groupe de bactéries ou de champignons forme une matrice visqueuse de «substances polymères extracellulaires» pour se protéger des facteurs environnementaux défavorables. On le trouve presque partout, de la mousse gris-vert à la surface de l’eau stagnante d’un étang aux sédiments rosâtres d’une baignoire sale.
Pour les établissements de santé, de transformation alimentaire et de traitement des eaux usées, le biofilm représente souvent un problème coûteux. Mais au-delà des frontières de la Terre, il se révèle encore plus résistant.
«Les bactéries ignorent de nombreux défis auxquels les humains sont confrontés dans l’espace, notamment la microgravité, les changements de pression, le rayonnement ultraviolet, les niveaux de nutriments et même les radiations», explique Yo-Ann Velez-Justiniano, microbiologiste et ingénieure en systèmes environnementaux chez Marshall.
Yo-Ann Velez-Justiniano (à gauche) et Connor Murphy (à droite), ingénieurs en contrôle environnemental et systèmes de survie au Centre spatial Marshall de la NASA à Huntsville, en Alabama, préparent des échantillons pour une étude de biofilm bactérien en culture dans le laboratoire d’essai du centre. NASA/Eric Beitl
«Le biofilm est nocif, collant et difficile à éliminer», explique Liesel Koellner, ingénieure chimiste et stagiaire NASA Pathways à l’Université d’État de Caroline du Nord à Raleigh. Koellner a utilisé la microscopie à épifluorescence sophistiquée (imagerie 3D d’images 2D capturées à différents plans focaux) pour affiner les conclusions de son équipe.
Consciente des défis potentiels que le biofilm pourrait poser aux futurs engins spatiaux de l’ère Artemis et aux habitats lunaires, la NASA a mandaté les ingénieurs et chimistes de Marshall pour explorer des méthodes d’atténuation. Marshall a construit et entretient le Système de contrôle environnemental et de survie (ECLSS) de la Station spatiale internationale et développe des technologies de nouvelle génération de purification et de recyclage de l’air et de l’eau, notamment l’assemblage de réservoirs d’eaux usées.
«Le réservoir de rétention des eaux usées est situé en amont de la plupart de nos systèmes intégrés de traitement des eaux. Comme il s’agit d’un réservoir d’alimentation en eaux usées, les bactéries et les champignons s’y développent, formant suffisamment de biofilm pour obstruer les canaux et les canalisations le long du parcours», a déclaré Eric Beitl, ingénieur d’essais ECLSS chez Marshall.
Jusqu’à présent, la solution consistait à démonter et remplacer les anciens équipements lorsque leurs composants étaient obstrués par le biofilm. Cependant, les ingénieurs souhaitent éviter de recourir à de telles méthodes.
«Même avec la possibilité d’imprimer en 3D des pièces de rechange sur la Lune ou sur Mars, il est logique de trouver d’abord des stratégies pour empêcher l’accumulation de biofilm», a déclaré Vélez-Justiniano.
Le groupe a fait son premier pas en juin 2023, en publiant la séquence complète du génome de plusieurs souches bactériennes isolées du système de purification d’eau de la station spatiale ; toutes contribuent à la formation de biofilm.
Ils ont ensuite conçu un banc d’essai simulant les conditions d’un réservoir d’eaux usées à environ 400 kilomètres d’altitude, leur permettant d’étudier simultanément plusieurs options d’atténuation. Ce banc abritait huit réacteurs à biofilm des Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) – des dispositifs cylindriques de la taille d’une gourde de course à pied, chacun représentant un soixantième de la taille d’un réservoir réel.
Le groupe de recherche sur les biofilms du Centre spatial Marshall de la NASA a mis en place son propre banc d’essai pour évaluer, pendant plusieurs mois, divers composés naturels et chimiques, ainsi que des stratégies pour lutter contre la formation de biofilms bactériens et fongiques dans un réservoir d’eaux usées de la Station spatiale internationale. Ces tests aideront la NASA à prolonger la durée de vie des équipements de traitement et de recyclage des eaux et à garantir aux astronautes un accès à une eau propre et saine lors de leurs missions de longue durée dans l’espace et sur d’autres planètes. NASA/Eric Beitl
Chaque bioréacteur peut accueillir jusqu’à 21 échantillons uniques sur lames de verre, rincés en continu par un flux d’eaux usées réelles ou de substitution, chronométré et mesuré par un système automatisé, et surveillés de près par l’équipe. Compte tenu de sa taille compacte, le banc d’essai nécessitait 7,5 litres de flux de substitution par semaine, à un débit continu de 0,1 millilitre par minute dans chacun des huit bioréacteurs.
«Nous avons essentiellement créé un ensemble de systèmes miniatures, chacun devant supporter d’infimes variations de température et de pression, maintenir la stérilité, garantir le bon fonctionnement de l’autoclave et fonctionner sans problème pendant des semaines avec une intervention humaine minimale», a expliqué Beitl. «Une phase de la série de tests a duré 65 jours sans interruption, et une autre 77 jours. C’était un défi d’ingénierie unique.»
Chaque bioréacteur a utilisé différentes stratégies de réduction de l’encrassement de surface, des agents antimicrobiens en entrée et en sortie, des revêtements antimicrobiens et des niveaux de température variés. Un essai prometteur a utilisé la lentille d’eau, une plante déjà reconnue comme purificateur d’eau naturel pour sa capacité à piéger les toxines et à contrôler les odeurs des eaux usées. En absorbant les nutriments à l’entrée et à la sortie du bioréacteur, la lentille d’eau a privé les bactéries des substances nécessaires à leur croissance, ce qui a entraîné une réduction de 99,9% de la croissance du biofilm.
Au cours de la période de test de trois mois, les équipes ont prélevé des échantillons de chaque bioréacteur à intervalles réguliers et les ont préparés pour un examen microscopique afin d’effectuer un comptage détaillé des unités formant des colonies de biofilm sur chaque plaque.
«Les bactéries et les champignons sont intelligents», a déclaré Vélez-Justiniano. «Ils s’adaptent. Nous comprenons que pour résoudre ce problème, il faudra un ensemble complet de méthodes efficaces de contrôle du biofilm.»
Le biofilm représente un défi pour les vols spatiaux de longue durée et les missions vers d’autres planètes, où les pièces détachées peuvent être coûteuses ou difficiles à obtenir. L’équipe d’atténuation du biofilm continue d’évaluer et de publier ses résultats en collaboration avec des partenaires universitaires et industriels et poursuivra ses recherches dans le cadre d’une expérience grandeur nature dans un réservoir du Marshall Space Flight Facility. Elle espère passer aux essais en vol et expérimenter diverses méthodes de contrôle du biofilm dans des conditions réalistes de microgravité orbitale afin de trouver des solutions qui préserveront la propreté des surfaces, la potabilité de l’eau et la santé des futurs explorateurs.
Comment les vols spatiaux affectent-ils les hôtes porteurs de tumeurs, les drosophiles, et leurs parasites? Comme les humains, les drosophiles (organisme modèle pour la recherche spatiale) présentent également un dysfonctionnement de leur système immunitaire dans l’espace. Malgré des décennies de recherche sur les drosophiles et les guêpes, on savait peu de choses sur la façon dont leur système immunitaire interagissait avec les parasites naturels dans l’espace.
Les guêpes parasitoïdes drosophiles altèrent la fonction des cellules sanguines, affaiblissant ainsi l’immunité de l’hôte. Cette étude, menée dans l’espace (laboratoire Fruit Fly-03, livré à l’ISS par SpaceX-14), a examiné des mouches terrestres et spatiales naïves et parasitées, issues d’un groupe témoin indemne de tumeur et d’une souche mutante présentant une tumeur sanguine.
Pigmentation: En comparant les guêpes côte à côte, on observe une nette différence de mélanisation des nervures des ailes entre la guêpe sauvage et chaque mutant. Forme des lobes: Le mutant kona possède une aile anguleuse, contrairement au lobe arrondi de la guêpe sauvage (flèches verticales en D–F). S. Govind.
Étonnamment, les mouches sans tumeur étaient plus sensibles à l’espace que celles porteuses de tumeurs. Les vols spatiaux augmentaient l’activité des gènes immunitaires et favorisaient la croissance tumorale chez les mouches. Les guêpes restaient nuisibles dans l’espace, mais certaines développaient des modifications physiques héréditaires. Parmi ces modifications figuraient l’«aurum» (changement de couleur et de nervures des ailes) et le «kona» (changement de forme des ailes). Les guêpes femelles porteuses de deux copies de la mutation «kona» étaient incapables de pondre en raison de défauts de leurs organes ovipares.
Voir aussi... |
Cette étude permettra de mieux comprendre les interactions hôte-parasite. Les résultats suggèrent la nécessité d’étudier davantage d’organismes, notamment les plantes et leurs parasites naturels, dans l’espace. Cela nous aidera à comprendre comment les hôtes se protègent et les dangers potentiels des parasites dans l’espace, ce qui est important pour la santé des astronautes. Les données d’expression génétique des mouches à fruits (OSD-588) et de deux espèces de guêpes (OSD-609 et OSD-610) sont accessibles au public dans l’Open Science Data Repository de la NASA. Ces données sont accessibles à tous pour être utilisées et comparées à d’autres études liées aux vols spatiaux.
Ovipositeurs de guêpes sauvages et mutantes. Cônes femelles homozygotes présentant des ovipositeurs défectueux (utilisés pour la ponte), tels que des zones présentant une intégrité altérée ou des extrémités ramifiées (flèches), comparés aux ovipositeurs continus aux extrémités pointues chez les témoins sauvages. S. Govind
Les lasers solaires alimentés par l’appareil photosynthétique des bactéries pourraient un jour devenir un moyen léger, simple et fiable de fournir de l’énergie dans l’espace, remplaçant les lentilles lourdes conventionnelles et l’électronique complexe dont le coût de fonctionnement est prohibitif.
«Notre plan est d’utiliser des structures photosynthétiques isolées de bactéries, et l’idée est qu’elles peuvent être cultivées et continuellement renouvelées sans avoir besoin de maintenir une ligne d’approvisionnement depuis la Terre», a déclaré à Space.com Eric Gauger, professeur de photonique et de science quantique à l’Université Heriot-Watt d’Édimbourg et chef du nouveau projet.
Alors que le nombre de satellites en orbite autour de notre planète ne cesse de croître, les scientifiques se penchent sur l’approvisionnement énergétique à long terme. L’amélioration des systèmes d’alimentation pourrait prolonger la durée de vie des engins spatiaux. Une solution potentielle réside dans la transmission d’énergie: des panneaux solaires convertissent la lumière du soleil en lasers ou en micro-ondes, puis dirigent la lumière vers un satellite endommagé pour l’alimenter en électricité via un récepteur embarqué.
Début 2023, le premier essai de transmission d’énergie depuis l’espace a permis de transmettre avec succès une micro-onde de faible puissance, ne dépassant pas quelques milliwatts, depuis le satellite Space Solar Power Demonstrator vers une station terrestre du California Institute of Technology. Des chercheurs japonais prévoient d’obtenir un résultat similaire en 2025.
Représentation artistique d’un satellite de transmission d’énergie de la NASA.
Cependant, les panneaux solaires peuvent être volumineux et encombrants, et leur conception et leurs circuits complexes impliquent que toute centrale solaire orbitale nécessitera un remplacement ou une réparation réguliers. Une méthode plus durable et autonome est probablement la solution, et les chercheurs du projet APACE pensent avoir trouvé la solution. Dans le cadre de ce projet, ils cherchent à adapter les structures moléculaires permettant aux bactéries de réaliser la photosynthèse à un système laser adapté à une utilisation dans l’espace.
«Notre idée clé est de remplacer les optiques de concentration par des systèmes d’antennes photosynthétiques», a déclaré Gauger.
Le projet APACE implique des chercheurs du Royaume-Uni, d’Allemagne, d’Italie et de Pologne. Le projet est financé par le Conseil européen de l’innovation et Innovate UK. Le montant de la première phase s’élève à 476 000 €. Gauger, chef de projet APACE, a expliqué le contenu de cette première phase: «Nous essayons actuellement de valider le principe sur Terre dans nos laboratoires et, d’ici la fin du projet, nous réaliserons des tests dans des conditions simulant l’espace.»
Dans le cadre de ces travaux, l’équipe extraira des antennes moléculaires et mènera des expériences avec elles afin de déterminer quelles espèces bactériennes produisent les antennes les plus adaptées aux engins spatiaux à énergie solaire. Les chercheurs étudieront également des structures d’antennes artificielles créées grâce aux nanotechnologies afin de comparer leur efficacité et leur praticité à celles de leurs homologues organiques.
Par exemple, certaines bactéries extrêmophiles sont capables de prospérer dans des conditions de très faible luminosité grâce à leurs antennes moléculaires capables d’absorber pratiquement tous les photons qui les frappent et de diriger l’énergie là où elle est nécessaire dans la biologie cellulaire de la bactérie.
Le projet APACE vise à adapter ces bactéries, à extraire leurs antennes et à les utiliser pour absorber la lumière solaire. L’énergie solaire sera ensuite canalisée vers un mécanisme laser. Les lasers fonctionnent grâce à un «milieu amplificateur» à l’intérieur de la cavité laser. Lorsque les photons interagissent avec le milieu amplificateur, ils génèrent davantage de photons (émission stimulée), les amplifiant jusqu’à ce que leur nombre atteigne un niveau suffisant pour former un faisceau intense et cohérent. L’équipe explore la possibilité d’utiliser des nanocristaux de néodyme comme milieu amplificateur, la lumière solaire captée par les antennes photosynthétiques des bactéries fournissant les photons nécessaires pour déclencher le laser et maintenir son activité.
Les bactéries pourraient être cultivées dans l’espace, par exemple sur la Station spatiale internationale ou sur un satellite, éliminant ainsi le besoin de lancements constants depuis la Terre pour entretenir et remplacer les anciens panneaux solaires.
Toutefois, comme l’a déclaré Gauger, le lancement effectif d’un prototype dans l’espace nécessitera un financement beaucoup plus important et dépendra du succès de la première phase.
À ce stade, l’avantage d’un prototype réussi ne réside pas nécessairement dans son efficacité, même si cela pourrait se révéler ultérieurement. Un panneau solaire classique en silicium convertit la lumière solaire en électricité avec un rendement d’environ 30%, générant plusieurs centaines de watts par mètre carré. Alors que les bactéries à l’origine des antennes photosynthétiques ont un rendement proche de 100%, les cellules solaires organiques développées dans le cadre du projet APACE ne pourront convertir que 10 à 15% de la lumière solaire en électricité.
Bien que ce soit bien inférieur à ce que la nature offre, «ce n’est peut-être pas surprenant, étant donné que l’évolution l’optimise depuis longtemps», a déclaré Gauger. «Nous ne savons pas vraiment pourquoi la photosynthèse est si efficace, et nous ne sommes pas aussi performants pour transférer l’énergie au niveau moléculaire via des structures artificielles, et nos matériaux n’ont pas une capacité d’absorption aussi élevée.»
Malgré ses limites, APACE réalisera néanmoins des progrès significatifs. «C’est une architecture complètement différente», a déclaré Gauger. Dans une cellule solaire au silicium classique, l’énergie est collectée, mais il faut ensuite l’exploiter, en utilisant des composants électroniques, pour la transformer en quelque chose d’utile. «Dans notre cas, nous essayons de faire cela sans électronique: ni batterie, ni circuit.» L’appareil photosynthétique biologique convertira automatiquement la lumière solaire en lumière laser, sans nécessiter tout ce matériel.
Il convient de noter que le potentiel de cette technologie est illimité. En cas de succès, plus simple et plus autonome, et ne nécessitant pas de lancements spatiaux fréquents avec de lourdes charges utiles, elle pourrait réduire le coût du transport d’énergie. Et il ne s’agit pas seulement d’alimenter des satellites en orbite basse; à l’avenir, elle pourrait servir à transmettre de l’électricité à des bases ou des vaisseaux sur la Lune ou sur Mars.
Voir aussi... Liste complète des gestionnaires d'événements HTML/Javascript avec exemples Liste des documents requis pour un site Web en Fédération de Russie |
