Живые микроорганизмы на поверхности МКС

суббота
ПОИСКИ, НАХОДКИ, РАЗМЫШЛЕНИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ
k №144, 21 декабря 2013 г.
Через тернии – к звёздам!
В ы п у с к № 94
Город науки
[email protected]
В октябрьском номере журна
ла «Полёт» опубликована боль
шая статья «Микробиологи
ческие объекты на поверхно
сти МКС». Авторы работы:
О.С. Цыганков — главный на
учный сотрудник РКК «Энер
гия», профессор МАИ, акаде
мик РАКЦ, доктор технических
наук; А.В. Афанасьев — на
чальник отдела ЦНИИмаша;
Е.В. Шубралова — главный спе
циалист ЦНИИмаша; Н.Д. Но)
викова — заведующая лабо
раторией ИМБП РАН, доктор
биологических наук; Е.А. Де)
шевая — ведущий научный со
трудник ИМБП РАН, кандидат
биологических наук; Н.А. По)
ликарпов — ведущий научный
сотрудник ИМБП РАН, канди
дат биологических наук; Л.Н.
Мухамедиева — заведующая
лабораторией ИМБП РАН, док
тор медицинских наук.
Учитывая новизну и сложность ма
териала статьи, я обратился к одному
из её соавторов О.С. Цыганкову с
просьбой рассказать о целях и резуль
татах этой интересной работы.
— Олег Семёнович, как я понимаю,
обнаружение живых микробов на по)
верхности МКС не было случайным
событием?
— Конечно не было. В настоящее
время на российском сегменте (PC)
МКС проводятся эксперименты с це
лью исследования выживаемости зем
ных микроорганизмов на материалах,
используемых в космической технике.
Особенность этих исследований в том,
что они проводятся на внешней повер
хности орбитальной станции, то есть в
условиях открытого космического про
странства.
Оказывается, на поверхности орби
тальной станции могут находиться
микроорганизмы — и содержащиеся
в воздухе обитаемых отсеков, и остав
шиеся на внешней поверхности гер
мообъёма после выведения модуля на
орбиту, и занесённые в виде косми
ческой пыли. Ранее анализ выживае
мости микроорганизмов на внешней
поверхности гермокорпуса не прово
дился, как не исследовалась и воз
можность проникновения продуктов
неполного сгорания (ПНС) топлива и
летучих органических соединений
(ЛОС) под газопрозрачную экранно
вакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ).
Ведь внешние поверхности орбиталь
ной станции могут подвергаться воз
действию струй двигателей ориента
ции, транспортных кораблей и про
дуктов выброса из гермоотсеков ком
понентов газовой среды после её очи
стки. Под воздействием факторов по
лёта свежие осадки ПНС топлива и
ЛОС испаряются, а на поверхности
может образоваться устойчивый оса
док. Проникновение ПНС и ЛОС под
ЭВТИ может привести к загрязнению
металлического корпуса и к его мик
родеструкции.
Особенно значима достоверная ин
формация об аномальных процессах,
снижающих ресурсные характеристики
гермокорпусов, для изделий с длитель
ным сроком существования и объектов
высокой автономности, например для
марсианского экспедиционного комп
лекса, лунной или марсианской, орби
тальной или поверхностной станций.
В этой связи разработана програм
ма «Тест» по исследованию возмож
ностей развития микродеструкции гер
мокорпуса модулей PC МКС под воз
действием составляющих собственной
внешней атмосферы и по оценке усло
вий для жизнедеятельности микрофло
ры, в частности микроорганизмовбио
деструкторов. В соответствии с про
граммой предусматривается забор
пробмазков с внешней поверхности
Редактор выпуска — Н.Я. ДОРОЖКИН, научный обозреватель «Калининградской правды»
Живые микроорганизмы
на поверхности МКС
Космонавт с прибором «Тест».
гермокорпуса, их термоизоляция и воз
вращение на Землю для микробиоло
гического и химического анализов.
Предпочтительные зоны для отбора
проб — окантовки и наружное остек
ление иллюминаторов; приборы внеш
ней оптики; корпусы термостатируе
мых приборов и агрегатов, закрытых
ЭВТИ. Пробы берутся с модулей, нахо
дящихся в полёте достаточно долгое
время. На орбитальной фазе програм
мы «Тест» исследования осуществимы
исключительно силами экипажа в ходе
внекорабельной деятельности (ВКД).
— И как это делается?
— Для реализации программы был
создан прибор, удобный для работы
космонавта в скафандре. Это моноблок
с двумя глухими полостями, в которые
ввёрнуты цилиндрические пробозабор
ники с салфетками, обработанными
консервантом. Рациональным зерном
конструкции является выбор материа
ла. Это отечественный фторопласт4
(ОСТ В 60581088) — уникальный вы
сокотехнологичный пластик, обла
дающий тепло, морозо и химической
устойчивостью, хорошими диэлектри
ческими и антифрикционными свой
ствами, стойкий к воздействию разре
женной атмосферы, солнечной радиа
ции, не смачиваемый водой, не подвер
женный воздействию грибков, не под
держивающий горение, непроницаемый
для жидкостей. Его рабочая температу
ра — от 269 до +260 °С. Одно из ключе
вых свойств этого материала —
проницаемость для гаммалучей. Это
позволяет стерилизовать устройство в
собранном виде, что исключает его за
сорение земными микроорганизмами.
Перед шлюзованием устройство
«Тест» помещается в общую укладку с
выносимым оборудованием. Выйдя из
шлюзового отсека, космонавт извле
кает пробозаборник (при этом проис
ходит естественное вакуумирование
полости), прикасается салфеткой к на
меченной точке поверхности, аккурат
но вводит пробозаборник в полость и
завинчивает его. Устройство «Тест»
возвращают в шлюзовой отсек. Моно
блок находится в режиме хранения до
возвращения на Землю в корабле
«Союз».
В середине сентября 2010 года ис
следования по программе «Тест» были
полностью подготовлены, устройство
забора проб доставлено на PC МКС. В
это время сложилась довольно обыч
ная ситуация, когда с появлением но
вых средств исследования возникают
и новые задачи по их использованию.
Дело в том, что параллельно шла под
готовка к операции на внешней повер
хности PC МКС, которая должна была
выполняться в зоне размещения дре
нажных клапанов системы обеспече
ния жизнедеятельности, где были об
наружены загрязнения на поверхности
ЭВТИ. Поскольку практически невоз
можно абсолютно исключить касания
этих мест элементами скафандра и за
несения какихто 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, ма
лое время на операцию позволят про
водить системное тестирование повер
хности. Отбор проб с внешней поверх
ности при ВКД возможен на каждом
выходе космонавтов в открытый кос
мос. Зона отбора проб может выби
раться из перечня зон для тестирова
ния в соответствии с маршрутом кос
монавта при проведении ВКД.
— Работы проводятся в несколько
циклов?
— Пока их было три. Первый начат
15 ноября 2010 года, когда член экипа
жа экспедиции МКС25 Фёдор Юрчи
хин произвёл забор пробмазков в за
планированных зонах: с гермооболоч
ки модуля «Пирс» под откидным клапа
ном ЭВТИ; с пятен на поверхности ЭВТИ
в зоне дренажных клапанов служебно
го модуля «Звезда». Два моноблока
«Тест», содержащих взятые пробы,
были подготовлены к возвращению
космонавтом Дмитрием Кондратьевым
и доставлены на Землю космонавтом
Александром Калери.
Потом следовала наземная фаза
программы «Тест», реализованная спе
циалистами ИМБП. Она носила мно
гоаспектный характер. Выполнялись
анализ проб на гептил, химический
анализ на легколетучие вещества, мик
робиологический анализ. Гептила и его
производных в пробах не обнаружено.
А вот анализ пробы, взятой в зоне рас
положения дренажного клапана, пока
зал наличие всех ЛОС, идентифициро
ванных в атмосфере PC МКС, в
концентрациях, в сотни и тысячи раз
превышающих концентрации тех же
соединений в атмосфере станции.
Большинство ЛОС присутствовали и во
всех остальных пробах, но в концент
рациях на 2–3 порядка ниже. Все обна
руженные соединения не оказывают
химического воздействия на металли
ческую поверхность корпуса, но могут
служить питательной средой для мик
роорганизмов, способных вызывать
биоповреждения неметаллических и
металлических материалов, в частно
сти материала ЭВТИ.
В рамках микробиологического ана
лиза проводился посев на поверхности
плотных питательных сред. Жизнеспо
собных грибов не выявлено. В пробе,
взятой с поверхности ЭВТИ в зоне рас
положения дренажного клапана, были
обнаружены жизнеспособные бактерии
вида Bacillus licheniformis. За счёт об
разования спор они высокоустойчивы
ко многим неблагоприятным факто
рам внешней среды, могут быть потен
циально патогенными для человека и
являться биодеструкторами материа
лов, используемых в космической тех
нике.
Второй цикл исследований по про
грамме «Тест» был проведён 16 фев
раля 2012 года, когда бортинженер
экспедиции МКС30 Олег Кононенко
выполнил отбор пробмазков с метал
лооболочки корпуса под ЭВТИ на мо
дуле «Звезда».
В целях исследования процессов
возможного возникновения биокорро
зии на внешней поверхности гермо
корпуса станции было установлено
содержание металла в доставленных
пробах. Оказалось, что содержание
магния в пробе в 4,5 раза превышает
содержание алюминия.
Третий цикл исследования по про
грамме «Тест» проводился экипажем
МКС36. Отбор проб с внешней повер
хности иллюминатора провёл Алек
сандр Мисуркин 22 августа 2013 года
— с оправы иллюминатора и в зоне
границы стеклооправа.
К расшифровке результатов бакте
риологических анализов подключились
также Т.В. Гребенникова — руководи
тель лаборатории ФГБУ «НИИ вирусо
логии им. Д.И. Ивановского», доктор
биологических наук, и А.В. Сыроешкин
— доктор биологических наук, замес
титель директора ФГБУ «Институт при
кладной геофизики им. акад. Е.К. Фё
дорова».
Оказалось, что: в пробах с оправы
иллюминатора обнаружены жизнеспо
собные 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 бактериоп
ланктона (обитающего в Баренцевом
море) и ДНК, кодирующая 16S рибо
сомную РНК экстремофильной бакте
рии Delftia sp. До этого образцы с по
верхности МКС не исследовались на
наличие нуклеиновых компонентов
(ДНК или РНК) как маркеров наличия
микроорганизмов. Эксперимент под
твердил, что исследования молекуляр
ными методами проб с внешней повер
хности МКС позволят определить ви
довую специфичность обнаруженных
микроорганизмов и их происхождение.
— Определить происхождение мик)
роорганизмов — это значит выяснить,
как они попали на поверхность МКС?
— Совершенно верно. А попасть туда
они могли разными путями. Это конта
минация при создании и выведении,
работа систем МКС в полёте, деятель
ность экипажа при ВКД, перенос на
земных аэрозолей с восходящей вет
вью глобальной электрической цепи.
Получение новых данных о составе нук
леиновых компонентов на поверхнос
ти модуля российского сегмента МКС
остаётся новой и важнейшей научной
задачей.
— Какие результаты программы
«Тест» вы считаете наиболее интерес)
ными?
— Особого внимания заслужива
ют следующие нетривиальные ре
зультаты:
1. В пробе, взятой около клапана
системы «Воздух», обнаружены жиз
неспособные спорообразующие бакте
рии вида Bacillus licheniformis. Это
свидетельствует о том, что при нали
чии на космической станции системы
выброса компонентов воздушной сре
ды после её очистки на поверхность
станции могут быть занесены микро
организмы, содержащиеся в воздухе
жилых отсеков. Это важное обстоя
тельство должно быть учтено при ре
шении задачи обеспечения планетного
карантина в марсианских и других даль
них экспедициях.
2. Анализ пробмазков под ЭВТИ
показал наличие кислот на поверхнос
ти металла, что ставит вопрос о необ
ходимости проведения исследований
влияния количественного и качествен
ного составов газовыделения матери
алов ЭВТИ на деструкцию поверхности
металла гермокорпуса.
3. Анализ газовыделений в зонах
дренажных клапанов показывает на
личие всех летучих органических со
единений, идентифицированных в
атмосфере PC МКС, в концентрациях, в
сотни и тысячи раз превышающих кон
центрации тех же соединений в атмос
фере станции.
4. Практически все идентифициро
ванные вещества, особенно малолету
чие, могут служить питательной сре
дой для микроорганизмов и их отложе
ний на гермокорпусе, создавая благо
приятные условия для развития био
коррозии. По содержанию химических
веществ наиболее благоприятна для
развития микрофлоры зона распо
ложения дренажного клапана.
5. Эксперимент позволяет получить
прямые доказательства, подтвержда
ющие, что на внешней стороне беспи
лотных и пилотируемых космических
аппаратов могут присутствовать жиз
неспособные споры микроорганизмов,
устойчивость которых к неблагоприят
ным факторам окружающей среды
чрезвычайно высока.
(Продолжение на с. 8)