В середине июля российские ученые в рамках очередного заседания международного Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР), прошедшего в Пасадене в США, объявили о способности микроорганизмов длительное время выживать в космосе. Такие данные были получены в результате экспериментов, проведенных российскими учеными и космонавтами на борту Международной космической станции (МКС). В ходе исследований выяснилось, что споры бактерий и микроскопических грибов могут оставаться жизнеспособными после 31-месячного пребывания в открытом космосе. При этом у некоторых из них возрастает агрессивность и устойчивость к антибиотикам.
[i]Насколько "космические микробы" опасны для человечества, в интервью специальному корреспонденту РИА Новости Дмитрию Струговцу рассказала доктор биологических наук, заведующая лабораторией микробиологии, среды обитания и противомикробной защиты Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Наталия Новикова.
- Расскажите о проведенном на МКС эксперименте? Действительно ли микроорганизмы способны жить в космосе так долго?
- Начать следует с того, что КОСПАР, с учетом необходимости детального исследования планет в их неизменном виде, еще в прошлом веке была выработана политика планетарной защиты для всех участников межпланетных проектов. Комитетом впервые было введено такое понятие, как "планетарный карантин".
Мы не имеем права заносить на другие планеты земную жизнь, в первую очередь микроорганизмы, чтобы не нарушить их эволюционное развитие и чтобы правильно дать ответ на вопрос о наличии там жизни. Также мы не имеем права без соблюдения карантинных мероприятий привозить на Землю инопланетное вещество или возвращать микроорганизмы, побывавшие на других планетах, которые непредсказуемым образом могут трансформироваться в этих, отличных от земных, условиях. Стратегия планетарной защиты - требования по качеству и объему санитарно-гигиенических и других мероприятий при подготовке к полетам на то или иное небесное тело, по требованиям КОСПАР, зависит от биологического интереса к планете, а именно от того, пролетная ли она или орбитальная, производится ли посадка, а затем возвращение на Землю. Но все вопросы о том, как должен обеспечиваться планетарный карантин, можно обсуждать только после того, как мы выясним, могут ли вообще земные микроорганизмы, которые неизбежно присутствуют на поверхности космических кораблей, выживать в условиях космического пространства.
Именно для выяснения этого вопроса в Институте медико-биологических проблем Российской академии наук была разработана программа и аппаратура для проведения космического эксперимента "Биориск". Конкретной целью исследования стала оценка возможности длительного, сравнимого с полетом на Марс, выживания микроорганизмов на поверхностях используемых в космической технике материалов в условиях открытого космического пространства. В качестве микроорганизмов были отобраны широко распространенные на Земле споры бактерий (Bacillus) и микроскопических грибов (Aspergillus, Penicillium, Cladosporium), проявившие устойчивость к многократному чередованию воздействий высоких и низких температур. Контейнеры с образцами материалов и микроорганизмами были размещены на внешней стороне российского сегмента МКС. После 18 месяцев, что по времени достаточно для полета на Марс и возвращения на Землю, были получены уникальные данные. Впервые установлен факт длительного выживания земных микроорганизмов в условиях открытого космического пространства, что указывает на возможность их переноса на внешних оболочках космических кораблей при межпланетных полетах. Более того, у вышеуказанных штаммов микроорганизмов отмечено сохранение высокой биологической активности.
Способностью к той или иной форме покоя, обеспечивающей выживаемость в условиях, несовместимых с активной жизнедеятельностью, обладают не только микро-, но и более развитые организмы. Такая степень устойчивости к неблагоприятным факторам позволяет предполагать значительную вероятность переноса живой материи через космическое пространство.
Во второй серии эксперимента впервые в мире было показано, что при длительном пребывании (31 месяц) в экстремальных условиях космического пространства сохраняют свою жизнеспособность не только споры, но и покоящиеся формы других организмов - семена высших растений, личинки комара, яйца низших ракообразных. Полученные данные имеют не только естественно-научный интерес, но и неоценимое практическое значение для обоснования требований и разработки мероприятий планетарного карантина при реализации межпланетных космических полетов.
- Какие изменения произошли у выживших видов после того, как они некоторое время находились в космосе?
- В результате проведения сравнительных электронно-микроскопических исследований у послеполетных штаммов бактерий и грибов был обнаружен ряд особенностей в ультраструктуре клеток. Так, наиболее существенные изменения в жизнеспособности спор были выявлены у бацилл. После окончания эксперимента у них отмечалось нестандартное деление клетки, оно служит косвенным показателем того, что после пребывания в условиях открытого космоса происходит нарушение функционирования группы генов, отвечающих за процессы деления клетки. В обычных условиях бациллы делятся так: с помощью септ (разделяющей стенки. - Прим. ред.) из одной клетки образуется две, но у вернувшихся из космоса бактерий отмечалось образование множественности септ. Исследования ультраструктуры грибов также выявили ряд изменений, по-видимому, связанных с активизацией защитно-приспособительных механизмов к экстремальным условиям открытого космического пространства. Так, у штаммов аспергиллов наблюдалось утолщение клеточных покровов за счет развития пигментированного защитного слоя.
Происходили и другие удивительные вещи. Например, у "полетных" штаммов возрастала устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам, к ультрафиолету. В ходе другого эксперимента - Expose-R2, который проводился Европейским космическим агентством на внешней оболочке российского сегмента МКС и в котором мы принимали участие, дополнительно к параметрам, исследуемым в эксперименте "Биориск", испытывалось воздействие ультрафиолета. Под его влиянием хорошо выживали аспергиллы. Вместе с тем, известна высокая устойчивость данных грибов к этому фактору в обычных, земных условиях.
Возможность существовать при высоких значениях радиационного воздействия у микроорганизмов широко известна. Некоторые из них выдерживают до одного миллиона рад, живые микроорганизмы находят даже в водных контурах ядерных реакторов. Я не думаю, что космическая среда по этому параметру будет препятствием для их межпланетного переноса.
В свое время с целью установить, как микроорганизмы переживут космический полет и какие изменения претерпят, планировался эксперимент "Биофобос" на борту космического аппарата "Фобос-Грунт". К сожалению, полет закончился неудачно. В рамках исследования планировалась отправка микроорганизмов в специальной капсуле на спутник Марса Фобос и их возвращение обратно. На этапе возвращения капсулы на Землю были предусмотрены различные меры карантина.
- Сообщалось, что у выживших в рамках эксперимента "Биориск" штаммов наблюдалось усиление агрессивной активности и увеличение устойчивости к препаратам с антимикробной активностью. Вернувшиеся из космоса микроорганизмы могут быть опасны для земной биосферы и человека?
- Обнаруженная нуклеазная активность - активность ДНК и РНК - характеризует уровень потенциала патогенности микроорганизмов. То есть речь идет о том, что вернувшиеся из космоса микроорганизмы стали более патогенны, чем тот же самый штамм, который был до полета. Космические факторы усилили его активность, но мы должны понимать, что никаких патогенных микроорганизмов мы в эксперименте не использовали, мы работали только с бациллами, то есть микроорганизмами окружающей среды, прежде всего почвы. Они набрали патогенный потенциал, но это не значит, что они сами стали патогенными, просто косвенно уровень потенциала патогенности стал повыше, хотя сам микроорганизм при этом не стал патогенным для человека.
- МКС летает внутри магнитосферы Земли, которая защищает ее, а значит, и микроорганизмы на ее поверхности от солнечной и космической радиации. Планируется ли испытать их выживаемость на спутнике "Бион", который через несколько лет отправится на высоту 1000 километров над Землей - за пределы радиационных поясов?
- Да, мы планируем такой эксперимент. Кроме того, сейчас в нашем институте начинается изучение гипомагнитного поля, то есть условий, когда на живой организм не воздействует магнитное поле Земли, ведь при межпланетных полетах космический корабль выйдет за геомагнитное поле планеты. Этот вопрос пока досконально никто не изучал, но это очень важно - как влияет уменьшение воздействия магнитного поля на рост живого организма, на развитие, на приобретение различных признаков, на реакцию микроорганизмов. Для такого исследования у нас в институте будут создаваться специальные установки.
- Помимо опыта "Биориск", на МКС проходило исследование "Тест" - космонавты брали пробы с внешней стороны станции и нашли различные микроорганизмы на ее поверхности.
- Да, действительно, пробы отбирались семь раз. В 45 процентах взятых проб были обнаружены жизнеспособные споры бацилл различных видов, а в одной из них - споры микроскопического гриба. Также были найдены нуклеиновые компоненты (ДНК и РНК), то есть маркеры наличия микроорганизмов, что, с одной стороны, косвенно подтверждает теорию происхождения жизни на Земле - теорию панспермии, согласно которой "ядра жизни" могут разноситься с планеты на планету по всей Вселенной, а с другой - свидетельствует о возможности рассеивания форм жизни из биосферы Земли в космическое пространство. Таким образом, то, что на внешней поверхности МКС есть микроорганизмы, можно утверждать без сомнений. Сначала мы полагали, что они попадают наружу при сбросе воздуха через специальные клапаны из внутреннего объема МКС, но их находили и в тех зонах, где это невозможно. Но во всех случаях их обнаруживали не на открытой поверхности, а в местах, куда не попадают лучи солнечного ультрафиолета.
- Какие следующие шаги планируется предпринять по изучению выживаемости микроорганизмов в космосе?
- Сейчас в рамках проекта "Бумеранг" - повторение миссии "Фобос-Грунт" - планируется провести новый эксперимент с отправкой к Марсу и возвращением на Землю капсулы с микроорганизмами.
Кроме того, в следующем году мы намерены провести на МКС еще одну серию эксперимента "Биориск". На этот раз мы собираемся исследовать ассоциации микроорганизмов в том числе с элементами их привычной среды обитания, например, с почвой. Таким образом, если нам удастся отправить капсулу к спутнику Марса, то мы в нее поместим те же штаммы бактерий, которые проверим к тому времени на МКС и сможем сравнить результаты.
- Россия и Европа в 2020 году планируют отправить к Марсу совместную миссию - космический аппарат "ЭкзоМарс". Как конкретно полученные на МКС результаты скажутся на стерилизации космического аппарата?
- Как известно, в рамках проекта "ЭкзоМарс-2020" российская сторона разрабатывает десантный модуль, а Европейское космическое агентство - марсоход. При этом российская сторона отвечает за выполнение требований планетарной защиты на разных этапах создания космического аппарата: при изготовлении составных частей десантного модуля, его интеграции с перелетным модулем и марсоходом, при проведении технологических испытаний, при подготовке к старту на космодроме Байконур. С этой целью разрабатывается большой комплекс мероприятий, касающихся снижения биологического загрязнения на всех этапах выполнения работ: проведения тепловой, радиационной и ультрафиолетовой обработки, включая газовую стерилизацию отдельных элементов, блоков и приборов.
С помощью эксперимента "Биориск" мы доказали, что лучше всего в космосе выживают спорообразующие бациллы. Это значит, что главным образом поверхность "ЭкзоМарса" будет нормироваться по количеству бактерий рода Bacillus. Бороться, главным образом, мы будем именно с ними.
- Будет ли за стерильностью следить какая-то международная организация или комиссия?
- Конечно, этим будет заниматься КОСПАР. Именно он разработал стратегию планетарного карантина, имеет в своей структуре так называемую "космическую полицию", которую возглавляет профессор Ричард Кминек. Он с вверенной ему службой будет проверять приборы миссии "ЭкзоМарс". Составляются акты каждого прибора, и если он не соответствует требованиям по максимально допустимым уровням содержания споровых форм бактерий, то проходит повторную дезинфекционную обработку.
