НЕ ТОЛЬКО ДЛЯ КОСМОСА
Международный микробиологический эксперимент начался в Красноярске на установке БИОС-3.
С. Чурилов, г. Красноярск
Известно, что неконтролируемое распространение микрофлоры в жилых помещениях, на транспорте и в других изолированных пространствах может вызывать у человека различные аллергические реакции на коже, затрудненное дыхание, слезоточивость, насморк и т.д. Источниками таких реакций могут быть не только сами микроорганизмы, но и их метаболиты в виде летучих выделений, продуктов распада веществ, подвергшихся микробиологическому воздействию, споры микроорганизмов, накапливающиеся в воздушной среде и т.д. Подобная ситуация особенно характерна для детских садов, больниц и других объектов, где люди вынуждены длительное время находиться в контакте друг с другом в изолированных помещениях.
Особое значение приобретает формирование и распространение микрофлоры на космических станциях, где самочувствие космонавтов должно длительно поддерживаться на высоком уровне. Опыт, накопленный в рамках российских и международных космических программ, показал, что в условиях пилотируемых полётов постоянным экологическим партнером человека являются микроорганизмы.
Микроорганизмы постоянно обнаруживаются в воздушной среде, на поверхностях интерьера и оборудования Международной космической станции (МКС). Так, в период работы 13-ти основных экспедиций и 11-ти экспедиций посещения на МКС было выделено 76 видов микроорганизмов, среди которых присутствовали как условно-патогенные бактерии и грибы, так и организмы-технофилы, способные вызывать биокоррозию металлов. Микрофлора портит также различные приборные панели и другие полимерные покрытия, включая изоляцию проводов. При этом в атмосферу могут выделяться различные токсины и нежелательные для человека другие газовые компоненты.
Главный источник выделения бактерий, микроскопических грибов и вирусов — люди. Продукты питания и оборудование также являются источниками микробиологических загрязнений. В ходе текущих и прошлых космических полётов была выработана надежная система санитарно-гигиенических мероприятий, купирующих отрицательное влияния микробов на человека в замкнутой среде. Однако с увеличением продолжительности космических полётов ожидается повышение рисков возникновения инфекционных заболеваний, аллергических реакций, распространения очагов деградации материалов и массового размножения микроорганизмов в укромных местах, приводящее к ухудшению работы и даже к выходу из строя различной аппаратуры. Поэтому присутствие даже, казалось бы, безвредной для человека микрофлоры может вызывать на космической станции крайне нежелательные и даже потенциально опасные последствия. Создание научно обоснованной системы противомикробной защиты остается приоритетным направлением в обеспечении безопасной среды обитания экипажей космических кораблей и станций.
Один из путей решения этой проблемы — предсказание характера распространения, численности и видового состава микрофлоры, прогноз её воздействия на окружающую среду, включая человека. Разумеется, проводить такие исследования на космической станции недопустимо. Необходимо начинать с модельных объектов.
Исследование этой проблемы получило финансирование от Седьмой рамочной программы Европейского Союза ([FP7/2007-2013]) по грантовому соглашению № 263076 в рамках проекта BIOSMHARS. Эта аббревиатура может быть расшифровна как «Специфическое моделирование биозагрязнения в средах, относящихся к космосу». Цель этого проекта — теоретическое и экспериментальное моделирование распространения микрофлоры в изолированных гермообъёмах, по своему назначению максимально приближенных к объектам космического назначения.
В качестве такого объекта европейские специалисты предложили уникальную биорегенеративную систему БИОС-3, находящуюся в Институте биофизики СО РАН. В этой системе впервые в мире в 70–80-х годах ХХ века была выполнена серия экспериментов по многомесячному пребыванию человека в герметичном изолированном пространстве с организацией круговоротного процесса, обеспечившего 100-процентное замыкание по газу и воде и более 50 % — по пище. Эти работы возглавляла плеяда знаменитых учёных — академики И. А. Терсков, И. И. Гительзон, профессора Б. Г. Ковров, Г. М. Лисовский. Многие из полученных в тех экспериментах результатов до сих пор являются непревзойденными в мире.
В настоящее время после трудных для российской науки и страны в целом 90-х годов БИОС-3 модернизируется при поддержке СО РАН и Европейского космического агентства. Под руководством директора Института биофизики чл.-корр. РАН
А. Г. Дегерменджи и исполнительного директора МЦ ЗЭС А. А. Тихомирова создаётся система нового поколения с глубоким замыканием массообменных процессов и автоматизацией систем измерения контроля с учётом международных стандартов. Поэтому выбор БИОС-3
в качестве объекта исследования и приглашение учёных Института биофизики для участия в проекте отнюдь не случайны.
Проект стартовал в июне 2011 года. В его рамках перед Институтом биофизики СО РАН поставлена задача создать в одном из герметичных модулей БИОС-3 условия среды, по основным параметрам (температура, влажность воздуха, освещенность, скорость и направленность воздушных потоков) сходные с параметрами на Международной космической станции. Эти параметры должны измеряться и контролироваться современными приборами с выходом данных в Интернет для их доступа участникам проекта в режиме on line.
Кроме того, учёные ИБФ СО РАН примут участие в ряде модельных физических и биологических экспериментов. Подготовленный таким образом модуль БИОС-3 в дальнейшем станет использоваться для физического моделирования распределения микрочастиц, имитирующих по размерам микроорганизмы, составляющие обычную микрофлору человека. Биофизики займутся оценкой распределения таких частиц в объеме БИОС-3 с учётом факторов среды, среди которых первостепенное значение имеют скорости и направленность потоков воздуха и размеры частиц. По полученным данным будут построены физические модели динамики распределения микрочастиц в исследуемом гермообъёме. Ответственные за эту часть работы — финские учёные из Центра технических исследований Финляндии (VTT).
Затем начнётся биологическая часть эксперимента. В БИОС-3 будет подан аэрозоль, содержащий микроорганизмы, входящие в обычную микрофлору человека и имеющие такие же размеры, как и используемые ранее физические частицы. Отвечают за отработку методики подачи аэрозоля в компартмент БИОС-3 финские учёные университета Западной Финляндии (UEF) и французские специалисты из Центра Кристофа Мерье (bioMerieux). Подбор микроорганизмов и их последующее использование в БИОС-3 осуществят микробиологи из Института медико-биологических проблем РАН, длительное время успешно ведущие контроль микрофлоры на МКС.
Именно коллекцию микроорганизмов с МКС и запланировано использовать в этих экспериментах. Будут изучены особенности распределения микроорганизмов в гермообъеме БИОСа с учетом факторов среды, а также их последующий рост. После сопоставления полученных результатов с данными физического моделирования микрочастиц будут сделаны необходимые коррекции.
Общую стратегию микробиологических исследований будут осуществлять учёные из отдела микробиологии Бельгийского центра по ядерным исследованиям (SCK-CEN). Таким образом, планируется создать модель распространения микроорганизмов в гермообъёме с учётом его геометрии и внутренних факторов среды. Общая координация работ по проекту возложена на французский Институт космической физиологии и медицины (MEDES).
26–28 сентября в ИБФ СО РАН состоялось первое рабочее совещание по проекту. В нем участвовали все руководители рабочих пакетов проекта из Бельгии, России, Финляндии и Франции. Цель совещания — ознакомление участников проекта с установкой БИОС-3 и конкретизация планов совместных работ.
 |
|
Открывая совещание, директор Института биофизики СО РАН чл.-корр. РАН Андрей Георгиевич Дегерменджи подчеркнул, что нынешний проект, направленный на поиск алгоритмов управления микробными сообществами в замкнутой среде, имеет важное практическое значение не только для космических полётов, но и для снижения микробиологических рисков в любых закрытых помещениях, где находятся люди. Он также кратко рассказал о теоретических и экспериментальных успехах, достигнутых в Институте биофизики по проблеме управления структурой проточных микробных сообществ через биофизические механизмы регуляции их численности, и высказал надежду на расширение плодотворного сотрудничества с европейскими коллегами в области моделирования и оптимизации управления сложными микробными системами в будущем, и не только для условий космоса.
В своем приветственном слове академик Иосиф Исаевич Гительзон обратил внимание на то, что «БИОС-3» — это уникальный экспериментальный комплекс, который создавался как прообраз будущих инопланетных баз и станций и, быть может, впервые открывается для широкого международного сотрудничества.
В ходе знакомства участников проекта с «БИОС-3» исполнительный директор Международного центра Александр Аполлинарьевич Тихомиров рассказал гостям об истории создания комплекса и ходе работ по его модернизации. Ведущие специалисты Института медико-биологических проблем РАН Константин Вячеславович Ильин и Наталья Дмитриевна Новикова осветили значительный опыт российских микробиологов по профилактике микробиологических рисков на обитаемых космических кораблях. Участники проекта ознакомились с новыми эффективными методами снижения концентрации микроорганизмов в воздушной среде МКС с помощью отечественной системы «Поток».
Финские учёные Илпо Кулмала, Матти Лехтимяки, Пертти Пасанен, Эеро Коннонен в своих докладах большое внимание уделили различным аспектам экспериментального и теоретического моделирования пространственного распределения микробных аэрозолей в закрытых помещениях. Руководитель микробиологической группы из Бельгийского ядерного центра доктор Натали Лей остановилась на особенностях распространения микроорганизмов на космических и земных объектах. Координатор проекта доктор Одри Бертье рассказала об общих принципах построения структуры административной и финансовой частей проекта, а также порядке взаимодействия участников.
На рабочем совещании утвержден порядок выполнение работ по проекту, отмечен высокий уровень готовности всей необходимой инфраструктуры для проведения экспериментов в Институте биофизики СО РАН.
Пользуясь возможностью, Институт биофизики СО РАН хотел бы поблагодарить всех партнёров консорциума BIOSMHARS за активное сотрудничество и плодотворную дискуссию во время проведения рабочего совещания.
Фото из архива ИБФ СО РАН
стр. 6
| 
