В этой связи следует подчеркнуть еще одну важнейшую особенность, присущую микроорганизмам. Это - способность расщеплять самые разнообразные химические соединения, которую английский ученый Гейл сформулировал как принцип “микробной всеядности”. Имеется в виду принципиальная возможность существования некоего микроорганизма, способного при подходящих условиях окислить любое вещество, теоретически способное к окислению. Таковы, на наш взгляд, общебиологические основания рассматривать потенциальные возможности бактерий и микроскопических грибов вызывать повреждения материалов в качестве одной из фундаментальных проблем обитаемости длительно действующих космических объектов.

Попадая на различные материалы, отдельные виды микроорганизмов, чаще всего бактериально-грибные ассоциации, быстро приспосабливаются к ним и начинают свою жизнедеятельность. В результате этого может изменяться цвет материалов, снижаться механическая прочность, герметизирующие свойства, диэлектрические и другие характеристики.

В настоящее время мировой ущерб от микробиологических повреждений только полимерных материалов превышает 2 % от объема промышленной продукции. Для космических орбитальных станций с учетом сроков их функционирования и требований по обеспечению надежности и безопасности их эксплуатации эта проблема стоит очень остро.

Положение усугубляется еще и тем, что из-за отсутствия сквозной вентиляции в замкнутом объеме влага, содержащаяся в воздухе, может выпадать в отдельных местах в виде росы, так называемого конденсата, содержащего большое количество химических веществ, которые микроорганизмы могут использовать в качестве источника питания. Развитие микроорганизмов могут стимулировать и физические факторы, присущие космическому полету - периодические изменения солнечной активности, радиационные уровни, градиенты магнитных полей и т.д.

Опыт эксплуатации российских орбитальных станций и особенно станции “Мир” свидетельствует о том, что такие процессы, как развитие микробиологических повреждений полимерных конструкционных материалов, возникновение биокоррозии металлов, формирование биопленок и “тромбов” в гидромагистралях систем регенерации воды следует рассматривать как постоянно действующие факторы экологического риска.

Целенаправленные исследования по проблеме микробиологических повреждений конструкционных материалов были начаты в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем (ГНЦ РФ ИМБП) в период эксплуатации орбитальной станции “Салют-6”. Пятый основной экипаж этой станции обнаружил наличие белого налета на отдельных участках интерьера, тягах тренажера для физических упражнений и в некоторых других зонах обитаемых отсеков. При исследовании доставленных на Землю проб был выявлен рост плесневых грибов -пенициллов, аспергиллов и фузариумов.

В ходе работы 5-й основной экспедиции на орбитальной станции “Салют-7” было получено сообщение космонавтов о наличии видимого роста плесени в отдельных зонах интерьера, разъемах и кабелях в рабочем отсеке. Фрагменты материалов были отобраны экипажем и доставлены на Землю для проведения лабораторных исследований. Визуальный осмотр полученных фрагментов показал, что мицелий плесневых грибов покрывал от 25 до 50 % поверхности образцов. При осмотре под микроскопом были выявлены изменения структуры образцов, а на отдельных материалах, в частности на изоляционной ленте, были обнаружены сквозные дефекты.

Особый интерес представляет ситуация, связанная с навигационным иллюминатором одного из транспортных кораблей “Союз”, который в течение полугода эксплуатировался в составе орбитальной станции “Мир”. В ходе работы члены 3-го основного экипажа отмечали прогрессирующее ухудшение оптических характеристик иллюминатора. После возвращения транспортного корабля на Землю были проведены исследования, которые выявили следующую картину. На центральном окне и большинстве периферических окон иллюминатора, выполненных из сверхпрочного кварцевого стекла, а также на эмалевом покрытии титановой оправы отмечалось наличие мицелия плесневых грибов и в одном случае отчетливо была видна растущая колония гриба. По линиям роста мицелия стекло было как бы “протравлено”. Визуально создавалось впечатление, что источником обрастания грибами служила паронитовая (резиновая) прокладка, с помощью которой стекло фиксировалось в титановой оправе. Из зон повреждений была выявлена ассоциация микроорганизмов, включающая спорообразующие бактерии и грибы.

Наглядным примером микробиологического повреждения оборудования является ситуация с выходом из строя блока управления прибора коммутационной связи, доставленного на Землю при возвращении со станции “Мир” 24-й основной экспедиции. Под металлическим кожухом прибора был обнаружен активный рост плесневых грибов на изоляционных трубках, контактных колодках, на армированном полиуретане. Этот процесс сопровождался окислением медных проводов в местах повреждения изоляции.

В ходе эксплуатации орбитальной станции “Мир” имели место и другие случаи микробиологических повреждений оборудования. Так, в системе регенерации воды из конденсата неоднократно отмечались нарушения в работе, обусловленные образованием гелеподобных “тромбов” в просвете гидромагистралей, по которым конденсат поступает на регенерацию. В доставленных на Землю фрагментах металлических и полимерных трубопроводов на внутренних поверхностях был обнаружен слизистый налёт и выявлен пристеночный рост бактериально-грибных ассоциаций. Видимый рост плесневых грибов неоднократно фиксировался космонавтами, особенно на оборудовании, расположенном в запанельном пространстве.

Различают два основных типа агрессии микроорганизмов в отношении конструкционных материалов: “прямое воздействие”, т.е. ферментативное разложение материалов с использованием их в качестве источника питания и “косвенное воздействие” - рост на загрязнениях, попадающих на поверхности материалов, с выделением продуктов жизнедеятельности, например, органических кислот. Ярким примером “косвенного воздействия” является повреждение сверхпрочного кварцевого стекла иллюминатора. Микроорганизмы, конечно же, не использовали его в качестве питательного субстрата, они росли на его поверхности за счёт липидной плёнки, конденсата атмосферной влаги и прочих загрязнений, но при этом, выделяя продукты метаболизма, нарушали его оптические характеристики.

Существенно важным является то обстоятельство, что отдельные микроорганизмы проявляют способность к резидентному заселению конструкционных материалов среды орбитального комплекса “Мир”. Проведенные в ГНЦ РФ ИМБП совместно со специалистами МГУ им. М.В. Ломоносова генетические исследования подтвердили наличие такого свойства у некоторых культур выделенных в условиях полета. Так, было показано, что штаммы некоторых грибов, выделенные в 1995 г., являлись потомками культур, обнаруженных в 1988 году.

И вместе с тем, космическая орбитальная станция “Мир” успешно функционирует уже 15 лет. И здесь немаловажную роль играет используемая система обеспечения микробиологической безопасности, разработанная в ГНЦ РФ - ИМБП РАН. Об эффективности указанной системы свидетельствует следующее:

- за весь период эксплуатации не зарегистрировано случаев заноса в орбитальный комплекс возбудителей острозаразных инфекций; у членов 28 основных экипажей не отмечено случаев возникновения инфекционных заболеваний, за исключением локализованных воспалительных процессов (несколько случаев) в результате микротравм кожных покровов;

- уровни микробной загрязнённости газовой среды, поверхностей интерьера и оборудования и питьевой воды в большинстве случаев поддерживались в пределах установленных нормативов.

В процессе полёта периодически отбирали пробы микрофлоры воздуха, конденсата атмосферной влаги, регенерированной воды, поверхностей декоративно-отделочных и конструкционных материалов. Пробы анализировали на Земле и при необходимости экипажу выдавали рекомендации по проведению санитарно-гигиенических мероприятий. Один раз в две недели на борту проводили санитарную уборку с использованием пылесоса и специальных салфеток, пропитанных антимикробными средствами. Для очистки газовой среды от микроорганизмов периодически включалась установка “Поток-150 М”, обеспечивающая фильтрацию воздушных потоков. Проводилась изоляция и удаление отходов с помощью использованных грузовых транспортных кораблей.

Для предотвращения микробиологических повреждений конструкционных материалов и оборудования космонавты по специальной методике периодически проводили осмотр поверхностей интерьера и оборудования станции, включая запанельное пространство. При обнаружении зон, подозрительных на наличие микроорганизмов, отбирали пробы микрофлоры и проводили обработку выявленных зон специальным средством “Фунгистат”.

Предстоящий управляемый спуск станции “Мир” с орбиты и ее затопление в Тихом океане не приведут к какой-либо микробиологической катастрофе для жителей Земли. Этот вывод основывается на том, что, во-первых, космонавты до года и более жили и работали в соседстве с микроорганизмами, населяющими станцию. Во-вторых, на Землю со станции “Мир” неоднократно доставляли различные грузы (оборудование, приборы, микробиологические пробы) и конструкции, поврежденные бактериями и микроскопическими грибами, для проведения соответствующих исследований. В-третьих, все предыдущие пилотируемые орбитальные станции - “Скайлэб” и “Салюты”, - после окончания их эксплуатации возвращались в заданные районы Земли в виде фрагментов без каких-либо экологических последствий для биосферы нашей планеты.

В настоящее время для повышения эффективности существующей системы обеспечения микробиологической безопасности пилотируемых космических полетов учёные ГНЦ РФ - ИМБП РАН решают ряд прикладных задач, важнейшими из которых являются следующие: разработка адекватной методики и стандарта для аттестации материалов на микробиологическую устойчивость; отработка методов модификации поверхности материалов, обеспечивающих их защиту от воздействия микроорганизмов (придание гидрофобных и биоцидных свойств); создание бортовых инструментальных методов раннего выявления и диагностики микробиологических повреждений. Решение этих задач позволит обеспечить благоприятную экологическую обстановку на Международной космической станции в течение длительного срока.

Как видно, вопрос адаптации микроорганизмов в космосе на сегодняшний день активно изучается, и способен, по-видимому, привнести большой вклад не только в развитие космонавтики и смежных наук, но и в ряд областей микробиологии и генетики, так как, возможно, в условиях космоса протекание таких физиологических и наследственных процессов в микроорганизмах, которые невозможны или затруднительны на Земле.

Список литературы:

1. Жизнь микробов в экстремальных условиях, Д. Кашнер, Д. Баросс, Р. Морита; Под ред. Д. Кашнера; М. 1981;

2. Обзор иностранной прессы в Интернете: адрес статьи http://www.inopressa.ru/print/wsj/2004/11/16/12:16:47/bacteriya;

3. Ю.А. Николаев, Внеклеточные факторы адаптации бактерий к неблагоприятным условиям среды / Журнал «Прикладная биохимия и микробиология», 2004, том 40, № 4, с. 387-397;

4. Н.Д. Новикова, Длительные космические полеты человека и проблемы микробиологической безопасности; ИМБП РАН (Адрес в Интернете: http://www.imbp.ru).

Страницы: 1, 2