Живые микроорганизмы на поверхности МКС
В октябрьском номере журнала «Полёт» опубликована большая статья «Микробиологические объекты на поверхно-сти МКС». Авторы работы: О.С. Цыганков - главный научный сотрудник РКК «Энергия», профессор МАИ, академик РАКЦ, доктор технических наук; А.В. Афанасьев - начальник отдела ЦНИИмаша; Е.В. Шубралова - главный специалист ЦНИИмаша; Н.Д. Новикова - заведующая лабораторией ИМБП РАН, доктор биологических наук; Е.А. Дешевая - ведущий научный сотрудник ИМБП РАН, кандидат биологических наук; Н.А. Поликарпов - ведущий научный сотрудник ИМБП РАН, кандидат биологических наук; Л.Н. Мухамедиева - заведующая лабораторией ИМБП РАН, доктор медицинских наук.
Учитывая новизну и сложность материала статьи, я обратился к одному из её соавторов О.С. Цыганкову с просьбой рассказать о целях и результатах этой интересной работы.
- Олег Семёнович, как я понимаю, обнаружение живых микробов на поверхности МКС не было случайным событием?
- Конечно не было. В настоящее время на российском сегменте (PC) МКС проводятся эксперименты с целью исследования выживаемости земных мик¬роорганизмов на материалах, используемых в космической технике. Особенность этих исследований в том, что они проводятся на внешней поверхности орбитальной станции, то есть в условиях открытого кос-мического пространства.
Оказывается, на поверхности орбитальной станции могут находиться микроорганизмы - и содержащиеся в воздухе обитаемых отсеков, и оставшиеся на внешней поверхности гермообъёма после выведения модуля на орбиту, и занесённые в виде космической пыли.Ранее анализ выживаемости микроорганизмов на внешней по¬верхности гермокорпуса не проводился, как не исследовалась и возможность проникно¬вения про¬дуктов неполного сгорания (ПНС) топлива и летучих органических соединений (ЛОС) под газопрозрачную экранно-вакуумную теплоизо¬ляцию (ЭВТИ). Ведь внешние поверхности орбитальной станции могут подвергаться воздействию струй двигателей ориентации, транспортных ко¬раблей и продуктов выброса из гермоотсеков компонентов газовой среды после её очистки. Под воздействием факторов полёта свежие осадки ПНС топлива и ЛОС испаряются, а на поверхности может образоваться устойчивый осадок. Проникновение ПНС и ЛОС под ЭВТИ может привести к загрязнению металлического корпуса и к его микродеструкции.
Особенно значима достоверная информация об аномальных процессах, снижающих ресурсные ха¬рактеристики гермокорпусов, для изделий с длительным сроком существования и объектов высокой автономности, например для марсианского экспедиционного комплекса, лунной или марсианской, орбитальной или поверхностной станций.
В этой связи разработана программа «Тест» по исследо¬ванию возможностей развития микродеструкции гермокорпуса модулей PC МКС под воздействием составляющих собственной внешней атмосферы и по оценке условий для жизнедеятельности микрофлоры, в частности микроорганизмов-биодеструкторов. В соответствии с программой предусматривается забор проб-мазков с внешней поверхности гермокорпуса, их термоизоляция и возвращение на Землю для микробиологического и химического анализов. Предпочтительные зоны для отбора проб - окантовки и наружное остекление иллюминаторов; приборы внешней оптики; корпусы термостатируемых при¬боров и агрегатов, закрытых ЭВТИ. Пробы берутся с модулей, находящихся в полёте достаточно долгое время. На орбитальной фазе программы «Тест» исследования осуществи¬мы исключительно силами экипажа в ходе внекорабельной деятельности (ВКД).
- И как это делается?
- Для реализации программы был создан прибор, удобный для работы космонавта в ска-фандре. Это моноблок с двумя глухими полостями, в которые ввёрнуты цилиндрические пробозаборники с салфетками, обработанны¬ми консервантом. Рациональным зерном конст-рукции является выбор материала. Это отечествен¬ный фторопласт-4 (ОСТ В 6-05-810-88) - уни¬кальный высокотехнологичный пластик, обла¬дающий тепло-, морозо- и химической устойчиво¬стью, хорошими диэлектрическими и антифрик¬ционными свойствами, стойкий к воздействию разреженной атмосферы, солнечной радиации, не смачиваемый водой, не подверженный воздействию грибков, не поддерживающий горе¬ние, непроницаемый для жидкостей. Его рабочая температура - от -269 до +260 °С. Одно из ключевых свойств этого материала - проницае¬мость для гамма-лучей. Это позволяет стери¬лизовать устройство в собранном виде, что исключает его засорение земными микроорганизмами.
Перед шлю¬зованием устройство «Тест» помещается в общую укладку с выносимым оборудованием. Выйдя из шлюзового отсека, космонавт извлекает пробозаборник (при этом происходит естественное вакуумирование полос¬ти), прикасается салфеткой к намеченной точке поверхности, аккуратно вводит пробозаборник в полость и завинчивает его. Устройство «Тест» возвращают в шлюзовой от¬сек. Моноблок находится в режиме хранения до возвращения на Землю в ко¬рабле «Союз».
В середине сентября 2010 года исследования по программе «Тест» были полностью подготовлены, устройство забора проб доставлено на PC МКС. В это время сложилась довольно обычная ситуация, когда с появлением новых средств исследования возника¬ют и новые задачи по их использованию. Дело в том, что параллельно шла подготовка к операции на внешней поверхности PC МКС, которая должна была выполняться в зоне размещения дренажных клапанов системы обеспечения жизнедеятельно¬сти, где были обнаружены загрязнения на поверх¬ности ЭВТИ. Поскольку практически невозможно абсолютно исключить касания этих мест элемента¬ми скафандра и занесения каких-то частиц ПНС топлива в атмосферу станции, было решено взять мазки для анализа и оценки степени опасности этих загрязнений для среды обитания МКС.
Простота конструкции прибора «Тест» и процедуры отбора проб, малое время на операцию позволят проводить системное тестирование поверхности. Отбор проб с внешней поверхности при ВКД возможен на каждом выходе космонавтов в открытый космос. Зона отбора проб может выбираться из перечня зон для тестирования в соответствии с маршрутом космонавта при проведении ВКД.
- Работы проводятся в несколько циклов?
- Пока их было три. Первый начат 15 ноября 2010 года, когда член экипажа экспедиции МКС-25 Фёдор Юрчихин произвёл забор проб-мазков в за-планированных зонах: с гермооболочки модуля «Пирс» под откидным клапа¬ном ЭВТИ; с пятен на поверхности ЭВТИ в зоне дренажных клапанов служебного модуля «Звезда». Два моноблока «Тест», содержащих взятые пробы, были подготовлены к возвращению космонавтом Дмитрием Кондратьевым и доставлены на Землю космо¬навтом Александром Калери.
Потом следовала наземная фаза программы «Тест», реализованная специалистами ИМБП. Она носила мно¬гоаспектный характер. Выполнялись анализ проб на гептил, химический анализ на легколетучие ве¬щества, микробиологический анализ. Гептила и его производных в пробах не обнаружено. А вот анализ пробы, взятой в зоне расположения дренаж¬ного клапана, показал наличие всех ЛОС, идентифицированных в атмосфере PC МКС, в концентра¬циях, в сотни и тысячи раз превышающих концен¬трации тех же соединений в атмосфере станции. Большинство ЛОС присутствовали и во всех ос¬тальных пробах, но в концентрациях на 2-3 поряд¬ка ниже. Все обнаруженные соединения не оказы¬вают химического воздействия на металлическую поверхность корпуса, но могут служить питатель¬ной средой для микроорганизмов, способных вызы¬вать биоповреждения неметаллических и металли¬ческих материалов, в частности материала ЭВТИ.
В рамках микробиологического анализа проводил¬ся посев на поверхности плотных питательных сред. Жизнеспособных грибов не выявлено. В пробе, взятой с поверхности ЭВТИ в зоне расположения дренажного клапана, были обнаружены жизнеспособные бак¬терии вида Bacillus licheniformis. За счёт образования спор они высокоустойчивы ко многим неблагоприятным факторам внешней среды, могут быть потенциально патогенными для че-ловека и являться биодеструкто¬рами материалов, используемых в космической технике.
Второй цикл исследований по программе «Тест» был проведён 16 февраля 2012 года, когда бортинже¬нер экспедиции МКС-30 Олег Кононенко выполнил отбор проб-мазков с металлооболочки корпуса под ЭВТИ на модуле «Звезда».
В целях исследования процессов возможного возникновения биокоррозии на внешней поверхно¬сти гермокорпуса станции было установлено содер¬жание металла в доставленных пробах. Оказалось, что содержание магния в пробе в 4,5 раза превышает содержание алюминия.
Третий цикл исследования по программе «Тест» проводился экипажем МКС-36. Отбор проб с внешней поверхности иллюминатора провёл Александр Мисуркин 22 августа 2013 года - с оправы иллюминатора и в зоне границы стекло-оправа.
К расшифровке результатов бактериологических анализов подключились также Т.В. Гребенникова - руководитель лаборатории ФГБУ «НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского», доктор биологических наук, и А.В. Сыроешкин - доктор биологических наук, заместитель директора ФГБУ «Институт прикладной геофизики им. акад. Е.К. Фёдорова».
Оказалось, что: в пробах с оправы иллюминатора обнаружены жизнеспособные спорообразующие бактерии вида Bacillus subtilis и Bacillus sphaericus; в пробах с границы стекла и оправы иллюминатора обнаружены жизнеспособные спорообразующие бактерии вида Bacillus sphaericus; в обоих образцах была обнаружена ДНК гетеротрофного морского бактериопланктона (обитающего в Баренцевом море) и ДНК, кодирующая 16S рибосомную РНК экстремофильной бактерии Delftia sp. До этого образцы с поверхности МКС не исследовались на наличие нуклеиновых компонентов (ДНК или РНК) как маркеров наличия микроорганизмов. Эксперимент подтвердил, что исследования молекулярными методами проб с внешней поверхности МКС позволят определить видовую специфичность обнаруженных микроорганизмов и их происхождение.
- Определить происхождение микроорганизмов - это значит выяснить, как они попали на поверхность МКС?
- Совершенно верно. А попасть туда они могли разными путями. Это контаминация при создании и выведении, работа систем МКС в полёте, деятельность экипажа при ВКД, перенос наземных аэрозолей с восходящей ветвью глобальной электрической цепи. Получение новых данных о составе нуклеиновых компонентов на поверхности модуля российского сегмента МКС остаётся новой и важнейшей научной задачей.
- Какие результаты программы «Тест» вы считаете наиболее интересными?
- Особого внимания заслуживают следующие не¬тривиальные результаты:
1. В пробе, взятой около клапана системы «Воз¬дух», обнаружены жизнеспособные спорообразующие бактерии вида Bacillus licheniformis. Это свидетельст¬вует о том, что при наличии на космической стан¬ции системы выброса компонентов воздушной сре¬ды после её очистки на поверхность станции могут быть занесены микроорганизмы, содержащиеся в воздухе жилых отсеков. Это важное обстоятельство должно быть учтено при решении задачи обеспече¬ния планетного карантина в марсианских и других дальних экспедициях.
2. Анализ проб-мазков под ЭВТИ показал нали¬чие кислот на поверхности металла, что ставит во¬прос о необходимости проведения исследований влияния количественного и качественного составов газовыделения материалов ЭВТИ на деструкцию поверхности металла гермокорпуса.
3. Анализ газовыделений в зонах дренажных кла¬панов показывает наличие всех летучих органиче¬ских соединений, идентифицированных в атмо¬сфере PC МКС, в концентрациях, в сотни и тысячи раз превышающих концентрации тех же соедине¬ний в атмосфере станции.
4. Практически все идентифицированные веще¬ства, особенно малолетучие, могут служить пита¬тельной средой для микроорганизмов и их отложе¬ний на гермокорпусе, создавая благоприятные ус¬ловия для развития биокоррозии. По содержанию химических веществ наиболее благоприят¬на для развития микрофлоры зона распо¬ложения дренажного клапана.
5. Эксперимент позволяет получить прямые до¬казательства, подтверждающие, что на внешней стороне беспилотных и пилотируемых космических аппаратов могут присутствовать жизнеспособные споры микроорганизмов, устойчивость которых к неблагоприятным факторам окружающей среды чрезвычайно высока.
Так что сегодня особенно важен вопрос о возможности дли¬тельного выживания микроорганизмов на внешних оболочках космиче-ских аппаратов, о вероятных из¬менениях их биологических свойств и, конечно, о переносе их на другие планеты и с других планет на Землю.
- Что вы имеете в виду?
- Известна гипотеза Сванте Аррениуса о панспермии. Она предполагает, что «микробы-путешественники» могут быть занесены на Зем¬лю метеоритами и осколками комет из-за пределов Солнечной системы. Но если микробы оседа¬ют непосредственно на поверхности Земли, то об¬наружить их даже на снежно-ледяных покровах Арктики и Антарктики весьма проблематично. А ведь есть такой «сборник космической пыли», как поверхность орбитальной станции. Она представляет ши¬рокие возможности и преимущества: по¬лёт по геоцентрической орбите, полёт по гелиоцен¬трической орбите вместе с Землей, собственные развороты ОС, позволяющие воспринимать косми¬ческие потоки с различных направлений, включая выбросы с Земли, если таковые происходят.
А ещё есть гипотеза направленной панспермии. Она базиру¬ется на предположении, что внеземные цивилизации (ВЦ) могут закладывать ин¬формацию в генетическую структуру организмов, формируя, так сказать, биологический канал транскоммуникации. В этом случае обнаружение нуклеино¬вых кислот или следов их разложения, биологических или предбиологических объектов, иденти-фицируе¬мых как живая материя, может рассматриваться в качестве сигнала или послания внеземной цивилизации.
В целом же результаты, полученные в эксперименте «Тест», говорят о необходимости тотального мониторинга внешней поверхности МКС для получения новых данных о составе обитающих там микроорганизмов, об их устойчивости в космическом пространстве и о влиянии на материалы оболочки МКС.
Дополнительную информацию по данной проблеме можно получить из статьи «Бактерии Мирового океана и суши Земли в космической пыли на МКС: панспермия или ионосферный «лифт»?» авторов А.В. Сыроешкина, Т.В.Гребенниковой, В.Б. Лапшина, А.Г. Южакова, Г.В. Садыкова, О.С. Цыганкова, Е.В. Шубраловой, В.А. Шувалова, М.А. Морозова, М.А. Чичаева, А.В. Головко, опубликованной в электронном журнале «Гелиогеофизические исследования» (№5 за 2013 год, http://vestnik.geospace.ru/index.php?id=190).
Беседовал Николай ДОРОЖКИН
Постоянный адрес cтатьи: http://gazetakoroleva.ru/?number=2013144&st=130