Заявка на проведение космического эксперимента «Фотобиоректор» на Российском сегменте МКС 1. Наименование КЭ: Культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации. Шифр: "Фотобиореактор" 2. Полное наименование и реквизиты предприятия – постановщика КЭ Открытое акционерное общество «Биопрепарат» Юридический адрес:111033, г. Москва, ул. Самокатная, д. 4а Почтовый адрес: 127299, г. Москва, ул. Клары Цеткин, д. 4 3. Наименование тематической секции КНТС: подсекция «Космическая биотехнология» секция 1 КНТС 4. Данные о научном руководителе КЭ: Научный руководитель: Евстигнеев Валентин Иванович Место работы: ОАО «Биопрепарат». Должность: первый заместитель генерального директора ОАО «Биопрепарат» Ученая степень и звание: кандидат медицинских наук , профессор Почтовый адрес: 127299, г. Москва, ул. Клары Цеткин, д. 4 5. Участники КЭ: - ОАО «Биохиммаш», 127299 г. Москва, ул. Клары Цеткин, д.4. - РКК «Энергия» , 141070, г. Королев, ул. Ленина , 4-а - НПП «БиоТехСис», ООО Почтовый адрес: 11394, г. Полимерная, д.8, Юридический адрес: 111141, г. Москва, Зеленый проспект, д.6, корп.2 6. Желательные и технически возможные сроки проведения КЭ: В условиях микрогравитации необходимо провести не менее 10 сеансов Длительность одного сеанса – от 10 до 30 дней. В эксперименте занят один член экипажа РС МКС. При проведении эксперимента «Фотобиореактор» должна использоваться аппаратура « Фотобиореактор». Аппаратура «Фотобиореактор» предназначена для исследования воздействия факторов космического полета на культивирование спирулины Аппаратура «Фотобиореактор» представляют собой моноблок, оснащенный датчиками, светодиодами (освещение), насосом и термостатом. Для реализации эксперимента «Фотобиореактор» необходимо выполнить следующие этапы по созданию НА: -разработка КД, изготовить макет НА для наземной отработки, изготовить летный образец аппаратуры, провести наземные испытания - биотехнологическая отработка НА, корректировка КД. - изготовление летных образцов НА «Фотобиореактор» 1 7. Краткое описание КЭ. Цель эксперимента - создание фотобиореактора для проведения биотехнологических экспериментов и получения продуктов питания и кислорода путём культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации. Показано, что использование низших растений решает задачу утилизации угольной кислоты, образующейся в процессе жизнедеятельности космонавтов, и пополнения кислорода в атмосфере корабля. Имеются данные , что среди массы микроводорослей, применявшихся для исследований в качестве продукции кислорода для космических полетов, подходят хлорелла и спирулина. Однако применение хлореллы в качестве продукта питания для космонавтов не находит подтверждения. В связи с имеющимися данными наиболее вероятным продуктом, для обеспечения кислородом и продутом питания экипажа космического корабля при длительных полетах, может служить спирулина. В земных условиях отработана технология получения спирулины платенсис в качестве пищевой добавки, как источник белка и витаминов. Также проведены эксперименты в земных условиях, которые показали, что в замкнутой по газу и воде экосистеме микроводоросли могут обеспечивать человека кислородом и поглощать углекислоту. В промышленных масштабах получение биомассы микроводорослей осуществляют, как правило, используя благоприятные климатические и природные ресурсы (теплый климат, хорошая инсоляция, теплые водоисточники, чистая морская вода, минеральные источники и др.). Накопление биомассы микроводорослей в таких случаях осуществляют в естественных и искусственных водоемах, прудах и бассейнах. Для осуществления управляемого культивирования фотосинтезирующих микроводорослей используют различные аппараты, получившие название фотобиореактор Несмотря на большое конструкционное разнообразие фотобиореакторов, их разработчикам приходилось решать практически однотипные задачи: - во-первых, обеспечить требуемый уровень освещения клеток светочувствительной микроводоросли; - во-вторых, обеспечить синхронный массообмен, потребляемых и выделяемых клетками водоросли газов (СО2, О2); - в-третьих, обеспечить максимальную степень однородности физико-химических условий жизнеобеспечения каждой клетки водоросли; в-четвертых, оперативное управление параметрами процесса фотобиокатализа и качеством получаемой продукции. В настоящее время наиболее совершенным считается проточное выращивание микроводорослей, при котором по сигналам, поступающим от самой культуры, осуществляется автоматический отбор прирастающих клеток, подача свежей питательной среды и стабилизация оптической плотности культуры. В этой связи заслуживает внимания метод выращивания спирулины в закрытом трубчатом реакторе, построенном на фабрике в Южной Италии Реактор состоит из 50-метровой прозрачной стеклянной трубки диаметром 1 см. Культура микроводоросли подвергается рециклированию насосом. Культивируемое сообщество представлено одной водорослью и тремя видами бактерий, что делает его устойчивым к заражению другими микробами. В состав питательной среды входит аммиак, минеральные соли и углекислота. В процессе культивирования образуется биомасса, содержащая до 50% белка, липиды, крахмал и глицерин, выделяется чистый кислород примерно в эквивалентном количестве с поглощенным углекислым газом. 1.Задачи НИР: - разработать конструкцию и изготовить макет фотобиореактора для проведения 2 многократного культивирования в жидкой питательной среде микроводорослей: - отработать техпроцесс накопления биомассы спирулины для сравнительных испытаний фотобиореактора (штаммы микроводорослей, состав питательной среды, световой спектр, баланс подачи и отбора газов, температурный режим); обосновать культуры микроводорослей для проведения наземных испытаний фотобиореактора: - обосновать состав и основные характеристики бортового биотехнологического комплекса, обеспечивающие создание условий для культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации: -провести наземные испытания и отработку технологии получения биомассы микроводорослей в условиях микрогравитации: - провести не менее 10 сеансов КЭ для получения исходных данных по технологии культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации для последующего конструирования прототипа биотехнологического модуля системы жизнеобеспечения космонавтов. 2. Технически проведение эксперимента может быть реализовано следующим образом: 1) Для проведения КЭ на борт доставляется и используется аппаратура «Фотобиореактор» в составе: блок «Биоплатформа»; укладка «Биомодуль; укладка «Питательная среда»; Блок «Биоплатформа» представляет собой устройство, оснащённое светодиодной панелью для освещения и подогрева культивируемой жидкости в интервале температур от +250С до +370С; насосами, подающими питательную среду в каждый отдельный биореактор; вентиляторами, поддерживающими требуемую температуру культивирования микроводорослей. Укладка «Биомодуль» представляет собой контейнер, в котором должна быть размещена капсула с микроводорослями. 2) В ходе эксперимента член экипажа обеспечивает размещение содержимого укладки «Биомодуль» и укладки «Питательная среда» на хранение в термостате ТБУ-В при температуре + 4 ± 2 0С : перенос на место проведения эксперимента и размещение внутри устройства «Биоплатформа», активация процесса ; визуальный контроль за ходом процесса (2 -20 дней в зависимости от циклограммы КЭ). После проведения каждого сеанса КЭ на Землю возвращается: укладка «Биомодуль»; укладка «Питательная среда». 3. Для обеспечения проведения эксперимента должны быть изготовлены : опытный образец аппаратуры; два летных образца аппаратуры ( основной и ЗИП); тренажерный макет. 4. Реализация эксперимента осуществляется по согласованной с РКК "ЭНЕРГИЯ" программе космического эксперимента, по методике и бортовой документации, выпускаемой РКК "Энергия". 5. Специальных требований к орбите станции и к ее ориентации не предъявляются. 6. Для обработки данных, полученных при проведении эксперимента на РС МКС, специализированное программное обеспечение не требуется. 7. Экипаж станции должен быть обучен методике проведения эксперимента 3 8. Ожидаемые научно-практические результаты: - данные о влиянии космического полета на параметры биотехнологического процесса ; - данные по производительности предлагаемой модели биореактора по биомассе и кислороду; - данные по применимости предлагаемой модели биореактора для культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации; - данные могут быть положены в основу создания биотехнологического модуля обеспечения продуктами питания и кислорода длительных экспедиций. 9. Согласие научного руководителя на осуществление научного руководства с личной подписью и датой имеется. 4