АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ В КРАТКОСРОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТАХ

Воейкова Т.А. ¹, Емельянова Л.К. ¹, Тяглов Б.В. ¹, Новикова Л.М. ¹,

Goins T.L. ², Pyle B.H. ²

¹ IФГУП Институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов, Москва, Россия

²Department of Microbiology, Montana State University, Bozeman, Montana, USA

В ходе многолетних исследований, проведенных на борту орбитальной станции МИР и международной космической станции, на биоспутниках серии «Космос», на беспилотных аппаратах серии «Бион» и «Фотон», показано, что факторы космического полета (ФКП), такие как микрогравитация, изменение направления и напряжённости магнитных полей, различные виды излучений, могут оказывать значительное воздействие на клеточный метаболизм микроорганизмов, процессы жизнедеятельности, физическое состояние биологических макромолекул, изменять взаимодействие микробных систем с окружающей средой.

Действие ФКП на стрептомицеты, бациллы и энтеробактерии было исследовано в полетах на борту орбитальных станций “Мир”, “Фотон-М2” и «Фотон-М3»  в период с 1996 по 2007. Стрептомицеты, бациллы и и энтеробактерии используются в качестве экспериментальных моделей при изучении различных фундаментальных проблем биологии,  в частности, механизмов регуляции клеточной дифференциации у одноклеточных микроорганизмов и синтеза первичных и вторичных метаболитов. Высокий уровень генетической нестабильности и пластичности метаболизма, обнаруженный у стрептомицетов и бацилл, позволяет использовать эти объекты в качестве индикаторов для обнаружении различного рода воздействий, в том числе ФКП. Бактерии этих родов являются продуцентами большого числа антибиотиков, аминокислот, витаминов, используемых в медицине, сельском хозяйстве и ветеринарии.

Установлено, что в условиях космического полета  повышается генетическая нестабильность  микроорганизмов. Показателем этого являются изменение ростовых характеристик, процессов дифференциации  штаммов. Показано повышение биосинтеза ряда биологически активных веществ, в частности, амило-протеолитических  ферментов и пигмента актинородина у стрептомицетов. Установлено изменение компонентного состава пигмента меланина и более интенсивный рост биомассы продуцента стрептомицета. В условиях полета обмен генетическим материалом среди разных штаммов микроорганизмов повышается. Это может привести к появлению микроорганизмов с новыми комбинациями генов и новыми физиологическими и биохимическими характеристиками.

В краткосрочных полетах (до 16 суток) у штаммов всех видов не было зафиксировано повышение уровня мутационного процесса. У стрептомицетов были выявлены изменения в морфогенезе и антибиотической активности. Как правило, уровень продукции антибиотиков у штаммов, экспонированных внутри космических аппаратов, снижался, однако, восстанавливался при культивировании этих культур в условиях лаборатории. У бацилл были выявлены незначительные изменения в уровне антибиотикообразования. Уровень выживаемости клеток у энтеробактерий  в космосе была выше, чем на Земле. Конъюгативный перенос плазмид из клеток энтеробактерий в стрептомицеты происходил с более высокой эффективностью. Показано влияние магнитных полей на различные признаки микроорганизмов.

Наиболее значительные генетические изменения были получены у стрептомицетов при экспозиции спор на внешней стороне орбитальной станции в течение нескольких месяцев в эксперименте «Экзобиология». Так, при экспонировании спор продуцента тилозина на внешней стороне орбитальной станции уровень выживаемости спор был чрезвычайно низким, однако, уровень мутационного процесса значительно превышал показатели, получаемые внутри космического корабля.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592