Давние споры: на МКС нашли формы микробов-долгожителей

Ученые изучили образцы жидкости, которая служит для переноса тепла в изолированной системе терморегуляции российского сегмента МКС. В исследованных пробах были обнаружены жизнеспособные бактерии, которые провели в закрытом контуре около 25 лет — с момента ввода станции в эксплуатацию. Эксперимент показал, что доставленные на землю микроорганизмы адаптировались к космической радиации и в 100–1000 раз лучше переносят облучение гамма-излучением, чем аналогичные «наземные» штаммы. Специалисты предполагают использовать стойкие бактериальные культуры в качестве модельных объектов для изучения возможностей выживания организмов в космосе.

Как бактерии могут существовать в космосе

Ученые из Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН обнаружили бактерии, которые провели на МКС более четверти века. Они стали самыми долгоживущими изученными организмами из тех, которые обитают на искусственных космических объектах.

Как объяснили специалисты, микроорганизмы были найдены в образцах триола — жидкости на основе раствора глицерина. Ее используют в качестве охлаждающего агента, который циркулирует в замкнутом контуре системы терморегуляции на российском сегменте станции. Это оборудование было введено в эксплуатацию в 1998 году вместе с запуском МКС и с тех пор не обновлялось. При этом пробы, в которых были найдены бактерии, доставили на землю в октябре 2023 года. Таким образом, в космосе внутри изолированной системы бактерии провели около четверти века.

По словам ученых, уникальность открытия состоит в том, что микробы в течение длительного путешествия могли адаптироваться к экстремальным факторам космической среды. Благодаря этому полученные культуры полезны как модельные линии при изучении возможностей существования организмов в космосе.

— В ходе анализа в жидкости были выявлены эндоспоры. Это защитная форма, в которую бактерии преобразуются при неблагоприятных внешних условиях. В частности, они избавляются от большинства молекул воды, уменьшаются в объеме, образуют сложную систему покровов и прекращают все процессы жизнедеятельности. В таком виде микроорганизмы могут сохраняться длительное время. Возможно, способность образовывать споры позволила бактериям выжить в триоле на МКС. После доставки образцов в лабораторных условиях бактерии были активированы, что подтвердило их жизнеспособность, — рассказал «Известиям» научный сотрудник лаборатории «Микробиология среды обитания и противомикробная защита» ИМБП РАН Александр Гуридов.

При этом, отметил он, важный фактор, который ограничивает способность организмов существовать в космосе, — это сильный радиационный фон. Поэтому в ходе анализа специалисты облучили полученные культуры сильным гамма-излучением. Аналогичному воздействию подверглись контрольные группы штаммов. Последние были выделены из реагента, который хранился на Земле на заводе производителя.

По словам ученого, уровень радиации, который получили бактерии, — летальный для многих спорообразующих штаммов. Такие дозы, к примеру, применяют для стерилизации в различных отраслях промышленности. По итогам эксперимента специалисты выяснили, что после облучения среди наземных бактерий число жизнеспособных уменьшается примерно на 8–10 порядков, в то время как у их «космических» собратьев — на 6–7 порядков. То есть выживаемость орбитальных путешественников оказалась в 100–1000 раз выше, добавил он.

— Это явление можно объяснить селекцией под давлением повышенного радиационного фона, через который прошли штаммы за 25 лет вынужденного «облучения» на МКС. Другими словами, бактерии в какой-то степени адаптировались к набору негативных факторов, — пояснил ученый.

Как микроорганизмы помогут в исследовании космоса

Специалист уточнил, что, помимо радиации, на микроорганизмы в системе терморегуляции воздействуют и другие факторы. Например, отсутствие кислорода и наличие в составе реагента солей, которые повышают уровень pH раствора, что означает высокую щелочность среды.

Вместе с тем большая концентрация глицерина вызывает у бактерий осмотический шок, который также приводит к гибели большинства из них. Кроме того, в процессе охлаждения станции рабочая жидкость в системе переносит тепло с внутреннего контура станции на внешний и при этом происходит колебание температуры от +5 до +35 °C, что также пагубно для некоторых видов микроорганизмов.

По словам ученых, дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение способности бактерий не только выживать в виде спор в агрессивной среде терморегулирующей системы, но и размножаться в ней.

— Эта работа актуальна, поскольку дает возможность исследовать, во-первых, способность микроорганизмов к адаптации и, во-вторых, биобезопасность экипажа, который может подвергаться воздействию приспособившихся к экстремальным условиям бактерий, — поделился мнением эксперт по космической микробиологии, профессор Югорского государственного университета Олег Коцюрбенко.

По его словам, полученные штаммы повышенной живучести можно использовать в качестве объектов для тестирования систем биологической защиты, которые в дальнейшем будут применять в космосе. Например, это актуально при создании модулей российской орбитальной станции (РОС). Также наземное тестирование оборудования даст возможность предотвратить заражение земными микробами экосистем на других планетах.

Помимо этого, отобранные радиационно стойкие культуры можно применять для моделирования перемещений бактерий в космосе в составе ядер комет и метеоритов, отметил ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ Александр Панов.

— Бактерии в спящем состоянии могут находиться в течение миллионов лет. В частности, в керне антарктических ледников были найдены микроорганизмы, возраст которых около 8 млн лет. Получив питательные вещества и согревшись, они ожили. Поэтому можно предположить, что аналогичные сущности способны выживать и в ядрах комет, — сообщил ученый.

По его словам, существует вероятность, что в виде эндоспор бактерии могут совершать путешествия между планетами. Возможно, таким образом жизнь попала на Землю. Также не исключено, что при пролете вблизи Солнца, когда ядро кометы оттаивает, происходят эволюционные процессы, когда микроорганизмы активизируются и размножаются.

— Ученые провели много опытов, которые показали, что бактерии в форме эндоспор способны выдерживать условия, аналогичные марсианским или открытого космоса. Однако большинство исследований охватывают небольшие периоды, что не позволяет с уверенностью утверждать, что микроорганизмы способны переносить воздействие космических условий в течение сотен или тысяч лет, — сказал младший научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Даниил Барбашин.

Он отметил, что развитие исследований может иметь практическую пользу. Например, ученые предполагают, что в недрах крупных астероидов возможны условия, которые подходят для жизни бактерий. В перспективе на таких объектах можно разместить станции для биологического выщелачивания полезных ископаемых.