Отправленные в космос бактерии начали вести себя очень необычно
Колония бактерий, выращенных в шаттле «Атлантис», демонстрирует странное поведение, такого на Земле никогда не наблюдалось. Они имеют необычную структуру, более высокую массу и в целом они более живучие, сообщается в phys.org.
Согласно данным, полученным в ходе нового финансируемого NASA исследования ученых из Политехнического института Ренсселера в Нью-Йорке, поведение колонии бактерий на борту шаттла «Атлантис», где они были выращены, значительно отличается от поведения таких бактерий на Земле. Новооткрытые факты позволят ученым больше узнать о влиянии космических полетов на поведение бактериальных сообществ и станут ключом к пониманию и уменьшению риска, который бактерии могут представлять для астронавтов во время долгосрочных космических полетов.
Исследовательская группа под руководством преподавателя института Синтии Коллинз отправила экспериментальные бактерии на орбиту на борту шаттла «Атлантис» во время полетов STS-132 16 мая 2010 года и STS-135 8 июля 2011 года. Образцы бактерий Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) выращивали на протяжении трех дней в искусственной урине.
Выращенные в космосе сообщества бактерий, называемые биопленками, сформировали уникальную структуру в виде «колонн и навесов», которая никогда ранее не наблюдалась на Земле. Кроме того, выращенные во время полета биопленки обладали большим количеством живых клеток, большей биомассой и были толще, чем контрольные биопленки, выращенные в условиях обычной гравитации.
Биопленки – это составные трехмерные микробные сообщества, широко встречающиеся в природе. Большинство биопленок, в том числе содержащихся в организме человека, безвредны. Однако некоторые биопленки способны вызвать болезни.
«Биопленки разрослись на космической станции «Мир», но мы все еще не знаем, какое влияние оказывает гравитация на их рост и развитие, – рассказывает доцент кафедры химической и биологической инженерии Института Ренсселера Синтия Коллинз. – Наше исследование выявило первое доказательство того, что космический полет влияет на поведение бактериальных сообществ. Исследователи придают первостепенное значение пониманию того, как вредные и полезные взаимодействия человека и микроорганизмов могут меняться в условиях космического полета».
Результаты исследования были опубликованы в журнале PLOS ONE.
Исследование исключительно важно для астронавтов и будущих покорителей космоса; кроме того, оно может помочь найти новые способы профилактики и лечения заболеваний человека на Земле. Изучение воздействия условий космического полета на процесс формирования биопленки поможет по-новому взглянуть на то, как различные факторы – гравитация, динамика жидкостей и наличие питательных веществ, – влияют на формирование биопленок на Земле. По словам Коллинз, в один прекрасный день подобные исследования помогут найти инновационные подходы в пресечении распространения инфекций в больницах.
«Сама возможность проводить микробиологические исследования на борту космических аппаратов ценна и уникальна, – говорит научный консультант по полезной нагрузке из Исследовательского центра НАСА Эймс (Калифорния) Макарена Парра. – Исследователи проводят земные эксперименты в условиях полета по баллистической траектории и в лабораторной базе на борту МКС и получают результаты, которые можно наблюдать только в космосе».
Недавние результаты экспериментов бактериального поведения на борту шаттла «Атлантис» представляют большое значение для обеспечения безопасности астронавтов во время долгосрочных космических миссий. Фото с сайта nasa.gov
Эксперимент
На Земле нет возможности создать условия настоящей микрогравитации. Каждый из используемых учеными в лабораториях методов ее имитации имеет свои ограничения. По словам Парра, результаты экспериментов, проведенных в условиях имитации микрогравитации, не всегда соответствуют результатам, наблюдаемым в условиях реальных космических полетов.
Для проведения эксперимента исследовательская группа отправила 12 устройств, называемых GAP («group activation pack» – «пакет групповой активации»), в каждом из которых находилось по восемь колб с синегнойной палочкой. Как утверждает Коллинз, искусственная моча была выбрана в качестве питательной среды, потому что физиологические условия этой среды обитания биопленки схожи как внутри, так и вне человеческого тела, а также в связи с важностью изучения вопроса утилизации отходов и системы рециркуляции воды в ходе долгосрочных космических полетов.
В каждой колбе находилась также целлюлозная мембрана: она выполняла функцию поверхности, на которой должна хорошо расти биопленка. В то время как на орбите космонавты начинали эксперимент, раскрывали запечатанные колбы и вводили бактерии в искусственную мочу, научные сотрудники проводили те же операции с контрольной группой синегнойной палочки на Земле в Космическом центре Кеннеди во Флориде.
После того как образцы были возвращены на Землю, исследовательская группа аккуратно удалила биопленку из питательной среды мембранного покрытия. Исследователи использовали несколько лабораторных методов для определения толщины биопленки, подсчета количества живых клеток и определения объема бактерий на единицу площади. Кроме того, исследователи использовали конфокальную лазерную сканирующую микроскопию, чтобы получить изображения высокого разрешения внутренней трехмерной структуры биопленки.
В планах на будущее – запечатлеть то, что происходит внутри этой странной формы биопленки. Чтобы получить более полное представление о том, как космические полеты повлияли на физиологию синегнойной палочки, Коллинз и другие ученые будут исследовать экспрессию генов бактерии, связанную с метаболизмом и болезнетворностью. Исследовательская группа также займется созданием математических моделей, с помощью которых можно будет понять, как различные факторы условий космического полета могут повлиять на рост биопленки.
«Уникальный внешний вид и структура биопленки синегнойной палочки, сформированной в условиях микрогравитации, дают основание полагать, что природа способна адаптироваться к неземным средам обитания способами, которые мы еще должны изучить. Среди прочего нам необходимо провести исследование по изучению долгосрочного роста и адаптации к среде с низкой гравитацией, – говорит Коллинз. – Прежде чем мы начнем отправку астронавтов на Марс или запустим другие долгосрочные космические миссии, мы должны быть абсолютно уверены, что устранили или существенно уменьшили опасность, которую потенциально представляют собой биопленки для человеческого экипажа и его оборудования».
