Как контролировать биоплёнки в космосе
Исследователи из MIT совместно с коллегами из Университета Колорадо в Боулдере готовят эксперимент для Международной космической станции (МКС), запланированный на 2 ноября. Эксперимент направлен на поиск способов борьбы с образованием биоплёнок на поверхностях станции. Эти устойчивые сообщества бактерий или грибов могут вызывать сбои в работе оборудования и заболевания у астронавтов.
В чём проблема?
Биоплёнки растут на поверхностях космических станций, что может ставить под угрозу ключевое оборудование (скафандры, системы рециркуляции воды, радиаторы, иллюминаторы) и приводить к заболеваниям экипажа. В ранних миссиях (например, на станциях «Мир» и «Скайлэб») отмечались случаи болезни астронавтов и отказов оборудования (например, засорения клапанов) из-за биоплёнок.
Исследования показывают, что в космосе биоплёнки накапливаются больше, чем на Земле: они становятся толще и приобретают иную форму. Цель проекта — изучить рост биоплёнок в условиях микрогравитации и других факторов (например, отсутствия конвекции), а также найти способы борьбы с ними.
Что исследуют?
В сотрудничестве с Луисом Зеа из UC Boulder учёные изучают рост биоплёнок на инженерных поверхностях в присутствии и отсутствии гравитации. В лабораторных экспериментах на Земле в течение года тестировались различные поверхности, включая:
- Сверхгидрофобные нанотекстурированные поверхности — на них наблюдался значительный рост биомассы.
- Поверхности, пропитанные жидкостью (Liquid Impregnated Surfaces, LIS) — технология, лежащая в основе Liquiglide. На них рост биоплёнок практически отсутствовал, как и в отрицательном контроле (без бактерий). Контрольные тесты подтвердили, что масло в LIS не является биоцидным — бактерии просто не прилипают и не растут на такой поверхности.
Новый эксперимент на МКС
Эксперимент, который отправят на МКС, включает два направления:
Бактериальные биоплёнки
Грибковые биоплёнки
Образцы будут выращиваться в питательной среде в присутствии тестовых поверхностей (включая LIS) в условиях микрогравитации. Через два месяца их вернут на Землю для анализа по параметрам: масса и толщина биоплёнки, морфология и экспрессия генов.
Ранее группа профессора Синтии Коллинз из RPI показала, что в микрогравитации подвижные бактерии формируют биоплёнки необычной «куполообразной» формы, в отличие от «грибовидных» форм на Земле. Новый эксперимент позволит увидеть, как на этот процесс влияют различные инженерные поверхности, и понять фундаментальные механизмы роста биоплёнок.
Ожидаемые результаты и перспективы
- Если LIS-поверхности покажут такую же эффективность в предотвращении роста биоплёнок в космосе, как и на Земле, это может стать решением для защиты оборудования МКС и здоровья астронавтов в будущих длительных миссиях.
- Если же биоплёнки начнут расти на LIS в космосе (но не на Земле), это откроет очень интересные данные о поведении микроорганизмов в условиях микрогравитации.
В любом случае, исследование позволит глубже понять биомеханические, биофизические и биохимические механизмы роста биоплёнок и может привести к созданию нового оборудования (включая скафандры) с защитными поверхностями для космических полётов.