Cómo los científicos planean proteger a la Tierra de los gérmenes extraterrestres

En una clara mañana de diciembre, un equipo de científicos siguió una guía hacia el remoto desierto australiano para recolectar material precioso del espacio exterior. La cápsula del tamaño de una caja de zapatos, parte de la misión japonesa Hayabusa2, contenía rocas y polvo de Ryugu, un asteroide rico en carbono que probablemente alberga los componentes básicos de la vida. Para mantener la muestra prístina, la cápsula se llevó al Centro de curación de muestras extraterrestres de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), un laboratorio cerca de Tokio diseñado para evitar que el material cósmico se contamine con organismos terrestres.

Durante años, las preocupaciones sobre la protección planetaria se han centrado en evitar que la Tierra ensucie el sistema solar, esterilizando las naves espaciales y manteniendo a los astronautas bajo estrictos protocolos de cuarentena. Pero a medida que las agencias espaciales de todo el mundo se preparan para traer más muestras de destinos como los asteroides, la luna y Marte, los científicos están considerando una vez más la perspectiva opuesta: ¿Qué pasa si traemos gérmenes extraterrestres a la Tierra?

En un momento, los científicos trataron todas las muestras sobrenaturales como potenciales peligros biológicos. Una vez, la NASA puso en cuarentena a los astronautas del Apolo cuando regresaban de realizar paseos por la superficie lunar. Cuando la agencia estudió muestras lunares y descubrió que no contenían vida, eliminaron muchos de estos protocolos de seguridad.

Pero a medida que múltiples misiones de devolución de muestras avanzan a mayor velocidad, una vez más se justifica una precaución adicional. En los últimos años, los científicos han encontrado abundantes microorganismos que pueden sobrevivir en lugares cada vez más inhóspitos. Los tardígrados diminutos, también conocidos como osos de agua, pueden incluso sobrevivir en el vacío del espacio.

"Aquí en la Tierra, por ejemplo en las minas de oro de Sudáfrica, cuando perforas una roca, a veces te encuentras con un depósito de agua que ha estado allí cientos de miles de años y contiene microbios", dice J. Andy Spry., científico senior del Instituto de Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre. "Si les proporcionas calor, luz y calor, crecerán".

Además de las muestras frescas de Ryugu, una nave espacial de la NASA traerá a casa piezas del asteroide Bennu que contiene carbono en el 2023. Y en febrero, se espera que un rover de la NASA llamado Perseverance aterrice en una región de Marte que podría haber conservado rastros de vida, si es que alguna vez existió en el planeta rojo. Fundamentalmente, el rover recolectará y almacenará muestras de rocas marcianas que finalmente serán enviadas de regreso a la Tierra, tal vez llevando a casa compañeros extraterrestres.

“Nuestro conocimiento de Marte es que absolutamente puede haber habido vida en el pasado”, dice Spry. "Todavía puede haber vida viable en los reservorios bajo la superficie del planeta".

Entonces, las agencias espaciales de todo el mundo, incluidas la NASA, JAXA y la Agencia Espacial Europea (ESA), están trabajando juntas para crear nuevos laboratorios altamente seguros diseñados para proteger la Tierra de cualquier microbio o residuo orgánico que las misiones futuras puedan traer a casa. Estos laboratorios combinarán la tecnología actual de salas blancas con los protocolos y los equipos de bioseguridad de alta seguridad utilizados por los laboratorios de enfermedades infecciosas para manejar de manera segura plagas como el Ébola y el SARS-CoV-2.

"La campaña de devolución de muestras de Marte, que está actualmente en marcha, ha llegado a extremos elaborados para encapsular las muestras que recolectará Perseverance", dice Scott Hubbard, ex subdirector de investigación en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California, donde supervisó programas de astrobiología y misiones a Marte.

"Cuando ese bote aterrice en el 2031 en el desierto de Utah, será llevado a una instalación con el nivel de protección de bioseguridad más alto".

Cuando los astronautas se pusieron en cuarentena

La NASA, al menos, puede mirar su pasado en busca de inspiración para estos diseños de laboratorio. Cuando los astronautas del Apolo regresaron de la superficie de la luna, sus trajes espaciales estaban cubiertos de polvo lunar. La NASA aún no había estudiado la composición de las rocas lunares prístinas, por lo que la agencia trató todas las partículas de la superficie lunar como potencialmente peligrosas para la vida humana.

La NASA puso en cuarentena a las tripulaciones de las misiones Apolo 11, 12 y 14 en un remolque AirStream modificado en la cubierta del portaaviones que las sacó del océano en su cápsula flotante. Una vez en tierra, un helicóptero los llevó al Laboratorio de Recepción Lunar en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson en Houston, Texas, el precursor de las instalaciones actualmente en desarrollo en todo el mundo.

En el Laboratorio de Recepción Lunar, las tripulaciones pasarían sus primeros 21 días en la Tierra en el Área de Recepción de la Tripulación, que los selló dentro de una barrera biológica para evitar la "contaminación de retorno", lo que la NASA llamó la posible propagación de los microorganismos lunares en la Tierra. La instalación también incluía el Área de operaciones de muestras, que albergaba cajas de guantes al vacío y equipos para análisis biológicos.

La parte más importante del esquema de bioseguridad del Lunar Receiving Lab era su complejo sistema de vacío, que tenía que bloquear la entrada de contaminantes externos, así como evitar que los posibles microbios lunares circularan o salieran. El elaborado diseño de bombas y válvulas, en total del tamaño de un autobús de dos pisos, ocupaba su propio almacén e incluía un sistema de vacío de respaldo en caso de que el primero fallara.

Este laboratorio más tarde se convertiría en parte de la Dirección de Ciencias de Exploración e Investigación de Astromateriales de la NASA, también en el Centro Espacial Johnson, que mantiene muestras de polvo de estrellas, meteoritos y partículas de cometas además de las rocas lunares de Apolo. Todo este material se aloja en salas blancas de presión positiva similares a las que se utilizan en la industria de los semiconductores. La presión positiva significa que el aire siempre sale de la habitación, por lo que el interior permanece estéril.

Sin embargo, estos sistemas son menos complicados que los necesarios para recibir muestras de Marte y otros especímenes nuevos, porque no necesitan contener ningún microbio potencial.

Los laboratorios que se están construyendo "utilizarán esencialmente contención dentro de la contención", dice Michael Calaway, un contratista de la NASA del Grupo de Ingeniería Jacobs y líder del proyecto de curación de muestras para ARES. Y para hacer eso, los diseñadores buscan lecciones de los laboratorios de bioseguridad más altos de la Tierra.

Construyendo el laboratorio más seguro del mundo

En Boston, los Laboratorios Nacionales de Enfermedades Infecciosas Emergentes (NEIDL) se han cerrado. Un derrame de patógenos ha puesto a la instalación en alerta roja. Los investigadores y el personal siguen sus órdenes de cuarentena cuando llegan los primeros en responder.

Todos están tranquilos, por supuesto, no solo porque saben lo que están haciendo, sino porque el derrame no es real. Es un simulacro, parte del protocolo que mantiene a NEIDL seguro y ayuda a mantener su distinción como uno de los laboratorios más seguros del mundo.

Es trabajo de Ronald Corely imaginar los peores escenarios. Como director de NEIDL, al que cariñosamente pronuncia como “aguja”, Corely coordina equipos que establecen y ejecutan capas de protocolos de seguridad. Tienen un plan para cortes de energía, derrames, ataques cibernéticos, básicamente cualquier riesgo que la mayoría de los forasteros consideren impensable, para sus laboratorios de bioseguridad escalonados.

En su búsqueda por crear instalaciones de protección de la Tierra, los diseñadores de la NASA han visitado NEIDL para estudiar tanto sus procesos como los sistemas físicos que mantienen el laboratorio limpio y seguro. Si bien las salas blancas actuales de la NASA dependen de la presión positiva, la contención de patógenos requiere lo contrario: salas con presión negativa que mantienen el aire circulando dentro de la sala.

Aunque el Laboratorio de Recepción Lunar original de la NASA combinó estos sistemas, la tecnología y los protocolos de bioseguridad han recorrido un largo camino desde la década de 1960. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) no codificaron sus niveles de requisitos de bioseguridad hasta 1984, aunque las agencias estadounidenses comenzaron a discutir tales prácticas en 1955.

En el nivel uno, los investigadores podrían estar manejando una sustancia como E. coli , un tipo común de bacteria que se encuentra en una variedad de lugares, desde alimentos contaminados hasta el intestino humano. Los científicos de estos laboratorios utilizan equipo de protección personal básico e implementan prácticas de limpieza estándar, como la descontaminación diaria de todo el equipo y el lavado de manos minucioso, para asegurarse de que los microbios dañinos permanezcan donde se supone que deben estar. Además de algunas señales de peligro biológico y los sistemas de ventilación especializados que mantienen el aire del laboratorio dentro del laboratorio, estos espacios le resultarían familiares a cualquier estudiante de biología.

Los laboratorios de nivel dos se ocupan de agentes ligeramente más peligrosos, como Staphylococcus aureus, un patógeno oportunista que también es una parte común del microbioma del cuerpo. Las prácticas de seguridad y descontaminación son más rigurosas en este nivel, pero están lejos de ser extremas.

“En el nivel de bioseguridad tres, estás usando trajes completos de Tyvek”, dice Corely. "Estás usando un respirador". Los investigadores ingresan al espacio a través de puertas dobles selladas al vacío. En el interior, el laboratorio se asemeja al de un curso universitario de biología, con esas estaciones de laboratorio encapuchadas con protectores de vidrio y ventilación superior. Pero “en el nivel tres, tienes que poder limpiar y descontaminar todo”, dice. El SARS-CoV-2 se mantiene en el nivel tres.

El nivel más alto de bioseguridad cuatro, está reservado para pestilencias más mortales, como el virus del Ébola. Aquí, los científicos usan lo que Corely llama un traje completamente encapsulado, conectado a mangueras que bombean aire desde el exterior de la habitación. Los científicos y los microbios peligrosos están completamente separados por capas de guantes, gafas y respiradores. Se convierten en muñecos de anidación de precauciones de seguridad.

Los futuros centros de curación de muestras extraterrestres harán lo mismo que un laboratorio de nivel cuatro. Los científicos que estudian las rocas marcianas ingresarán a los laboratorios con un equipo completo de protección. Caminarán a través de puertas selladas al vacío hacia espacios de trabajo con diseños estrictos especializados para mantener a los microbios adentro.

Los planes para completar dichas instalaciones ya están en marcha, aunque, al igual que con otros esfuerzos de exploración espacial, tardarán años en concretarse y es posible que aún se realicen ajustes en el diseño.

La instalación de cuarentena de Marte, que primero albergará polvo y rocas del planeta rojo en Houston, Texas, podría albergar a los astronautas que regresan de Marte hasta que la agencia considere que es seguro para ellos volver a entrar en la sociedad. Las áreas serán compartimentadas y filtradas con HEPA. La ESA, que está trabajando con la NASA para compartir y curar futuras muestras marcianas, está desarrollando su propia instalación similar en Viena, Austria. Las futuras instalaciones de la NASA pueden incluso ser móviles y modulares, imitando su antiguo laboratorio de recepción lunar, pero con diseños livianos y optimizados.

Ninguno de estos preparativos debería ser motivo de preocupación. Las agencias están haciendo este trabajo por precaución, no por temor a que los gérmenes espaciales puedan apoderarse del planeta.

"Andromeda Strain es un buen thriller", dice Hubbard. “Pero hay muy poca base científica para todo esto. Las probabilidades de que salga algo de esa película son extremadamente pequeñas ".