Космический мирок микробов

А.Волков • 31 октября 2016
С помощью генетических манипуляций можно заранее, еще при подготовке к полету, изменить ДНК этих микроорганизмов, приспособив их к марсианскому образу жизни. Со временем, когда климат на Марсе удастся изменить, а бактерии взрыхлят его почву и насытят ее питательными веществами, можно будет выселять на Марс высшие растения.

    Космические полеты совершают не только командиры, бортинженеры и — с недавних пор — туристы, но и мириады незримых организмов — микробы. Что ожидать от них? Можем ли мы оценить опасность, грозящую нам?

    Вот впечатления космонавтов, бывавших на станции «Мир» в последние годы: мутный свет, влажный, жаркий воздух, запах плесени, металла и резины. На стенках станции виднелись огромные — размером с тарелку — пузыри: это конденсировались воздух, выдыхаемый космонавтами, и испарения их тел. Здешний климат напоминал тропический. Зеленая плесень ковром покрывала установку для электролиза. Металлическая обшивка была испятнана следами ржавчины. Окно люка затянула студенистая слизь. Все эти беды натворили нежеланные спутники космонавтов — микроорганизмы, создавшие на борту «Мира» свой особый мирок, в котором лишь им было все «о'кэй».

    Многие аварии, из-за которых злопыхатели ругали российскую космонавтику, на самом деле были вызваны проблемой, которую пока не могут решить ни создатели Международной космической станции (МКС), ни руководители НАСА, планирующие экспедицию на Марс, которая продлится более двух лет. Эта проблема — микробы.

    Всего на станции «Мир» проживало более 230 видов микроорганизмов, в том числе грибы, например представители таких родов, как Penicillium или Fusarium, и бактерии, например бациллы и псевдомонады. Одни попали на борт станции еще во время ее монтажа, другие — вместе с космонавтами, прибывавшими туда.

    В основе всех неприятных явлений, перечисленных нами выше, а также целого ряда поломок, например выхода из строя радио- и видеоаппаратуры, систем снабжения водой и воздухом, лежат два процесса: биокоррозия и образование биопленок.

    В первом случае виной всему — вещества, выделяемые микроорганизмами: органические (щавелевая, лимонная, фумаровая) и неорганические кислоты (азотная и серная), а также ферменты и биогенные окислители.

    Во втором случае грибы и бактерии образуют колонию на поверхности металлических, пластмассовых или стеклянных предметов, покрывая их слизистым налетом. По отзывам специалистов, «это меняет структурные свойства материала, что может привести к крупным авариям». Водонепроницаемые поверхности начинают впитывать воду. Мутнеют стекла. Засоряются трубопроводы. Меняются термические и диффузионные свойства материалов.

    «Бороться с микроорганизмами на борту корабля очень трудно, — признает эксперт НАСА Монси Роман, — поскольку они чувствительны к космической радиации и под действием ее быстро мутируют и размножаются». Действительно, уровень радиации там примерно в сто раз выше, чем на Земле. Это ведет к жесткой селекции среди микробов: слабые гибнут. Зато те, кто выживает, оказываются более стойкими и агрессивными, чем исходные формы. Вот такими они могут вернуться на Землю — микробы, воспитанные Космосом.

    По наблюдению ученых, у многих бактерий и грибов в космосе увеличивается толщина клеточных стенок; причиной этого является, очевидно, пребывание их в невесомости. Вирулентность, то бишь «ядовитость», бактерий растет. В свою очередь, иммунная система человека во время пребывания в космосе слабеет. Ей все труднее справиться с микробами. «У некоторых [космонавтов] в организме появляются кишечные палочки, которые не удается идентифицировать, — вспоминал в том же интервью А. Серебров. — В космосе очень опасная, враждебная человеку среда… Случайно или намеренно мы сотворим вирус, который уничтожит нас».

    Понятно, что будущих участников экспедиций надо обезопасить от незваных врагов. В целом ряде стран ведутся работы по защите МКС от микроорганизмов. В НАСА разрабатывают узкопористые фильтры, а также аппарат «Catalytic Oxidator» для обработки воды: ее нагревают до 130оС под давлением, при этом большая часть микробов гибнет. По словам Монси Романа, «вода на МКС будет намного чище той, что мы пьем обычно дома».

    В московском Институте биомедицинских проблем используют иную тактику борьбы с микробами. Как известно, в неблагоприятных условиях те впадают в анабиоз. У них исчезают все видимые проявления жизни. Российским ученым удалось с помощью особых бензольных дериватов вызывать это состояние у микроорганизмов. После обработки помещений подобными химикатами все микробы в них будут на какое-то время парализованы.

    Кстати, живучесть микробов можно использовать и на благо самих космонавтов. Так, по сообщению американского Institute for Genomic Research, самым живучим существом на нашей планете является бактерия Deinococcus radiodurens. Она переносит температуры от -100 до +100оС и может выдержать дозу радиации, превышающую предельный уровень для человека в 3 тысячи раз. Подобная бактерия может выжить не то что в космосе — даже в ядерном реакторе. Сотрудники упомянутого института установили причину ее живучести. У каждого ее гена есть несколько копий. Поэтому в течение десяти часов она способна устранить более сотни генетических дефектов. Опыты над бактерией показали, что после простой генетической манипуляции она может уничтожать мусор и бытовые отходы или же вырабатывать продукты питания и лекарства. Подобная бактерия — то ли космическая «скатерть-самобранка», то ли «чудо-дворник» — пригодится, как считают в НАСА, во время долгих межпланетных перелетов или при создании колоний на других планетах.

    Как видите, стиль «новой деловитости» вторгается и в разговор о микробах. Пока одни ученые размышляют над тем, как защитить космонавтов от этой напасти, другие калькулируют, решая, как призвать незримую рать под знамена будущих экспедиций. Покорение Марса — как же! — немыслимо без подспорья микробов. Без них не озеленить Марс. Имена будущих астронавтов, быть может, пока на устах лишь их матерей, ведь НАСА планирует запуск пилотируемого корабля на Марс лишь на 20 июля 2019 года, к полувековому юбилею высадки человека на Луну. Имена же бактерий, отправляемых на Красную планету, известны уже сейчас.

    По сообщению Имре Фридмана из Института астробиологических исследований при НАСА, среди них:

    Matteia specifica — синезеленая водоросль, или цианобактерия, то есть бактерия со свойствами растений; она может превращать солнечный свет в энергию. Она питается минералами, выделяя азот; может подолгу существовать в условиях крайне низкой влажности.

    Chroococcidiopsis specifica — еще одна цианобактерия, которая прекрасно чувствует себя в сухой и соленой, жаркой и холодной среде.

    Deinococcus radiodurens — уже знакомая нам бактерия, готовая выдержать сверхвысокие дозы радиации.

    Постепенно атмосфера планеты заполнится кислородом.

    … Но это уже — тема других разговоров, окрашенных только в радужные тона. Переделав на чужой страх и риск Землю, технократы готовы начать «перестройку» Марса. Так, пустившись по следам неприметных бактерий, мы неожиданно перебрались из одной крайности в другую, словно доказывая, что этим микробам, в самом деле, подвластно все. Они оказались достойными соперниками человека.