遺伝子操作された酵母で火星基地を建設？エネルギー消費1/100の建材研究
火星に人類が長期滞在するなら、現地での建設が不可欠だ。地球から建材を運ぶコストは膨大で、火星表面に存在する資源を活用する必要がある。香港科技大学のNing Liuが率いる研究チームは、遺伝子組み換えた酵母を使う建材の開発に成功した。この研究成果は学術誌「Chem Circularity」に掲載されており、従来のコンクリート的役割を担う構造材料の製造を生物の力で実現しようとしている。
従来の火星基盤建設では、火星の表土（レゴリス）をレーザーやマイクロ波、あるいは日光で加熱して、約1,000℃に達する焼結という処理を施していた。この方法は機械的に堅牢な材料を生み出すが、莫大なエネルギーを消費する。1立方メートルの焼結レゴリスを製造するのに、太陽光パネルの全出力を数日間必要とするほどの計算値が出ているほどだ。
酵母がコンクリートの役割を担う
研究チームが開発した「Engineered Living Building Material（ELBM）」は、遺伝子組み換えしたパン酵母、現地の砂、ゼラチンから構成される生物複合材料だ。従来のコンクリートはセメントが水で砂と石をつなぎ止めるが、火星表面では水が即座に凍結・昇華してしまい、材料が破壊される。ELBMは逆にこの厳しい真空環境を利用して硬化するという大きな特徴を持つ。
酵母の働きを引き出すため、研究チームは3つの遺伝子改変を加えた。第一は、貝が潮流に耐えるために岩に付着させるムール貝足タンパク質の生成を強制した。これが粘着剤として機能し、酵母が砂粒に直接付着できるようにした。第二は「SpyTag/SpyCatcher システム」で、異なる酵母株に遺伝子を導入してロック・キー式のタンパク質対を作らせ、ほぼ不可逆な共有結合（イソペプチド結合）を形成させた。第三は天然の不凍タンパク質に似た改変で、火星の真空に晒される時の凍結サイクル中に、水がダメージを与える氷結晶ではなく、全体に均一な5マイクロメートルの孔隙システムを形成させるものだ。
ELBMの製造は火星の冷たい真空環境ではなく、37℃の作業可能な温度気圧下で行われ、その後火星の大気に晒されると、混合に用いた水が蒸発して、砂粒を固定する生物ポリマーの骨格が残される。
従来工法の1/100のエネルギーで実現
プロトタイプの試験結果は、圧縮強度が約12MPaで従来のコンクリートには及ばないものの、曲げ強度は6MPaと従来のコンクリートを大きく上回った。火星の激しいダストストームに耐えるには、この曲げ強度が重要だ。酵母が不在の対照サンプルは砂粒から剥離してしまい、酵母が構造的に不可欠な要素であることが確認された。
最大の利点はエネルギー効率にある。焼結工法に比べてエネルギー消費量がほぼ2桁少なく、火星基地の初期段階では電力が大きな制約となるため、この特性は極めて重要だ。製造した材料は高い再利用性も備えており、約45℃に加温してゼラチンを再液化させ、キャストし直すリサイクルを4回繰り返してもプロトタイプは構造的な劣化を示さなかった。酵母細胞も火星の凍結乾燥サイクルを生き残ったとされている。
出典: Universe Today
