La división que nos une: membranas celulares como biomarcadores de los organismos vivos
Varias misiones de exploración espacial actualmente en curso por parte de la NASA, la Agencia Espacial Europea (AEE) y otras agencias espaciales buscan señales de vida en otras partes del cosmos, y Marte es el objetivo principal. Además de los conocimientos técnicos y analíticos, los científicos deben saber qué es lo que buscan, es decir, qué se considera una señal de vida en una muestra que ya no está viva, y las membranas celulares o sus restos son los candidatos perfectos. Con el apoyo del programa de acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), el proyecto NanoMembR aplicó unos novedosos métodos de espectroscopia para caracterizar membranas modelo complejas en unas condiciones de degradación parecidas a las de Marte. En breve, los conocimientos adquiridos y las técnicas desarrolladas se utilizarán en dos plataformas de exploración espacial que actualmente está desarrollando la AEE.
Lo que separa a los organismos vivos de las moléculas inorgánicas
La compartimentación es necesaria para la vida. Toda la vida en la Tierra se basa en células que separan el interior del entorno circundante con una membrana semipermeable compuesta de moléculas lipídicas. Esto hace que las membranas celulares sean grandes biomarcadores universales de la vida tal como la conocemos. Asimismo, debido a su naturaleza bipolar con un extremo hidrofóbico y otro hidrofílico, los lípidos se autoensamblan —algo fantástico para la creación de vida— en una bicapa en un medio acuoso (el agua es otro «marcador» de vida). Además, aunque solo tienen unos pocos nanómetros de grosor, las membranas y los parches de membrana son muy robustos y pueden persistir durante largos períodos de tiempo sin degradarse significativamente, en contraste con el ADN y otras moléculas.
Vida y muerte en el espacio
Según Andreas Elsaesser, de la Universidad Libre de Berlín y beneficiario de una beca MSCA: «El objetivo principal de NanoMembR era estudiar cómo las influencias ambientales que imitan, por ejemplo, las condiciones de Marte determinan las rutas de degradación en membranas modelo cada vez más complejas de varias composiciones». La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier a nanoescala (nanoFTIR) combina una resolución espacial muy alta con el poder analítico para la identificación química a nanoescala. La microscopía óptica de barrido de campo cercano con dispersión (s-SNOM) permite obtener imágenes espectroscópicas con una resolución espacial muy por debajo del límite de difracción. Con estas técnicas, Elsaesser fue capaz no solo de controlar la estabilidad de las membranas de forma espectroscópica, sino también de estudiar los cambios estructurales a nanoescala. Según Elsaesser: «La estabilidad de las membranas se ve significativamente influida por su composición molecular y los factores ambientales, y el oxígeno combinado con la radiación ultravioleta es un factor clave de su degradación». Estos resultados están actualmente en preparación para su publicación. Igualmente importante es que NanoMembR implantó la nanoFTIR como una herramienta novedosa para la investigación de las membranas y demostró su aplicación tanto en membranas naturales como artificiales. Estas últimas abrieron por casualidad la puerta a su uso para analizar muestras espaciales reales.
Hacia el laboratorio de la naturaleza en el cielo
Los resultados se están incorporando a dos plataformas de exposición espacial que desarrolla la AEE. Los «laboratorios», fuera de la Estación Espacial Internacional o como nanosatélites de vuelo libre, combinan las ventajas de la exposición a largo plazo con el control «in situ» en tiempo casi real. La plataforma Exocube formará parte de la novedosa instalación de exobiología de la AEE fuera de la Estación Espacial Internacional en la órbita terrestre baja. SpectroCube es una plataforma de exposición espacial «in situ» miniaturizada basada en CubeSats de vuelo libre en una órbita muy elíptica alrededor de la Tierra para la investigación en astroquímica y astrobiología. Los resultados derivados de NanoMembR podrían ayudar a identificar objetivos de búsqueda para misiones de detección de vida en nuestro sistema solar y más allá.
Palabras clave
NanoMembR, vida, espacio, membrana, AEE, degradación, nanoescala, «in situ», célula, espectroscópico, órbita, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier a nanoescala (nanoFTIR), Marte, microscopía óptica de barrido de campo cercano con dispersión (s-SNOM), ultravioleta