생명공학 미생물을 우주 영양을 위한 다목적 플랫폼으로 활용

May 05, 2024

Nature Communications 13권, 기사 번호: 6177(2022) 이 기사 인용

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태양계를 통한 인간 기업은 장기간의 항해와 거주를 수반하여 건강한 식단을 유지하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 우리는 최소한의 투입량, 물리적 발자국 및 폐기물을 사용하여 맞춤형 식품 생산 시스템을 개발하기 위해 다양한 감각 및 영양 속성을 미생물에 통합하는 방법에 대해 논의합니다. 우리는 단일 탄소 대사, 최적의 영양, 다양한 질감, 맛, 향 및 색상을 위해 생명공학적으로 설계된 효모 컬렉션이 유연한 식품 생산 플랫폼 역할을 할 수 있다고 생각합니다. 우주에서 인간을 지원할 수 있는 잠재력 외에도, 생명공학 미생물 기반 식품은 더 큰 자급자족을 제공하고 자연 생태계의 압력을 제거하는 지구의 식품 제조에 대한 새로운 패러다임으로 이어질 수 있습니다.

달로의 장기간 복귀, 소행성 방문, 화성 여행 등 장기간에 걸친 인간 우주 모험에는 자급자족과 생명 유지 시스템 극대화가 필요합니다. 초기 발사 화물과 지구로부터의 재공급에 대한 의존도를 줄이는 것은 자율성을 향상시키고 위험을 완화하며 우주에서의 장기적인 인간 노력의 경제적, 물류적 생존 가능성에 필수적입니다. 생명공학은 이러한 목표를 달성하는 데 필수적인 역할을 할 수 있습니다1,2. 생명체 시스템은 자가 복제, 자가 수리, 자가 조직화되며 원하는 산출물(예: 영양소, 의약품, 생체 재료)을 비용 효율적으로 생산하기 위해 이용 가능한 자원을 활용하도록 설계될 수 있으므로 화물과 화물을 줄일 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 재보급. 특히, 지구 밖에서 식량 생산을 위한 생명공학의 적용은 태양계를 통한 인간의 여행과 거주를 지원하는 데 중요한 역할을 할 것입니다3,4,5. 여기에서는 미생물 기반 식품 생산 시스템을 개발하려는 동기를 간략하게 설명합니다. 우리는 이러한 노력에 기여하기 위해 미생물을 활용한 가공된 독립영양생물이나 폐탄소에 다양한 감각 및 영양 식품 특성을 통합하기 위한 합성 생물학의 사용을 조사합니다. 또한 완전히 개인화된 미생물 식품을 직접 소비하고 폐기물을 최소화하면서 식품 생산을 극대화하기 위한 3차원(3D) 프린팅과 결합된 접근 방식의 전망에 대해서도 논의합니다.

단기 임무에서는 전체 임무 동안 충분한 식량을 운송할 수 있으며 정기적인 재보급을 통해 국제 우주 정거장에 식량을 비축할 수 있습니다3. 그러나 우주 여행 기간이 길어지면 식량 수요도 크게 증가하므로 식량 자급자족을 달성하는 것은 미래의 우주 여행자에게 필수적입니다1. 예를 들어, 6명의 승무원이 화성에서 약 500일 동안 거주하는 임무를 수행하려면 약 5톤의 식량이 필요할 것으로 추산되며, 행성 간 이동 및 비상 사태를 위해 추가로 8~10톤이 필요할 것으로 추정됩니다5. 대량의 식품을 운송하고 저장하는 데 드는 막대한 물류 비용 외에도 저장된 식품은 품질 저하, 부패 및 영양 수준이나 생체 이용률 감소에 취약하며, 이는 식량 부족이나 영양 부족으로 이어질 수 있으며 승무원의 건강과 신체적, 인지적 성능을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 필요한 모든 식량을 운송하거나 지구의 재공급에 의존하는 것 외에, 확장된 인류 우주 모험을 유지하기 위한 최선의 접근 방식은 현장에서 식량을 생산하는 것입니다. 이상적인 식품 시스템은 최소한의 투입량과 물리적 공간을 사용하여 영양이 풍부한 매력적인 식품을 주문형으로 신속하게 안정적으로 생산할 수 있어야 합니다.

지구 밖에서 식량을 생산하기 위해 식물, 조류, 곤충, 배양육, 미생물을 포함한 다양한 대안이 고려되어 왔습니다1,6,7,8,9,10. 미생물은 비교적 적은 투입량을 필요로 하고, 바이오매스를 더 빠르게 두 배로 늘리며, 일반적으로 생명공학 개입에 더 잘 적응합니다. 이 모든 것이 미생물을 식품 생산 시스템으로 개발하는 것을 정당화하는 중요한 이점입니다. 또한, 미생물은 빵, 요구르트, 치즈, 맥주, 와인과 같은 식품 및 음료에서 수천 년 동안 섭취될 뿐만 아니라 최근에는 식이성 프로바이오틱스로서 식품 첨가물 생산에 점점 더 많이 사용되고 있으며 미래를 위한 지속 가능한 식품 공급원으로 간주됩니다11, 12,13. 매력적이고 영양가 있는 식품을 생산하기 위해 이용 가능하거나 낭비되는 탄소와 질소에서 미생물을 재배할 수 있다면 외계 인간의 활동 기간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 현재 지구 기반 농업이 환경에 미치는 영향을 줄일 수도 있습니다.