WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

СВИСТУНОВА ЮЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА И ОРБИТАЛЬНОГО ПОЛЕТА НА СОСТОЯНИЕ СИСТЕМ «МИКРООРГАНИЗМЫ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

14.00.32 – авиационная, космическая и морская медицина

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

Москва 2007

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук

Новикова Наталия Дмитриевна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук,

Мухамедиева Лана Низамовна

доктор медицинских наук,

Воложин Александр Ильич

Ведущая организация:

Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова

Защита диссертации состоится "25" мая 2007 г. В 1000 часов на заседании

диссертационного совета К 002.111.01 в ГНЦ РФ – Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, 76А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН.

Автореферат разослан " " апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук И.П. Пономарева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Осуществление космических полетов с использованием как пилотируемых, так беспилотных средств в обязательном порядке сопровождается выносом за пределы естественных условий биосферы определенной совокупности микроорганизмов, как правило, контаминирующих космическую технику. Известно, что микроорганизмы являются исключительно своеобразной формой организации живой материи, обладающей колоссальным приспособительным потенциалом, изменчивостью и беспрецедентной резистентностью по отношению к самым разнообразным экстремальным факторам. Данные о выживаемости микроорганизмов при температурах в диапазоне +150 °С – -240 °С, в условиях глубокого вакуума, при воздействии ультрафиолетовой радиации в дозе 50 000 эрг/мм2, ионизирующей радиации в дозах до 2–4 Мрад [Кашнер Д., 1981] дают основание считать весьма вероятной возможность сохранения ими жизнеспособности на субстратах искусственного и естественного происхождения в космическом пространстве. Можно предположить, что на внешней стороне беспилотных и пилотируемых космических станций могут присутствовать миллионы микробных клеток, многие из которых находятся в споровых формах, устойчивость которых к неблагоприятным факторам окружающей среды чрезвычайно высока. Однако прямых доказательств, подтверждающих данное предположение, до настоящего времени не было получено.

Что же касается внутренних объемов орбитальных космических станций, то имеющиеся результаты исследований [Новикова Н.Д., 2003] свидетельствуют о возможности в этих условиях не только сохранения, но и развития микрофлоры на конструкционных материалах интерьера, что может сопровождаться биоповреждениями интерьера и оборудования. Очевидно также, что в ответ на воздействие факторов искусственной среды обитания, создаваемой в пилотируемых космических объектах, следует ожидать проявлений фенотипической адаптации микроорганизмов к новым условиям, в основе которой лежит присущая им исключительно высокая пластичность метаболизма (микробная «всеядность») и появления в составе популяций генотипических изменений, выходящих за пределы фона спонтанных мутаций. При этом, рассматривая возможность формирования так называемых микроорганизмов-супертолерантов, необходимо учитывать такую особенность микроорганизмов, как способность к внутривидовой и межвидовой передаче и распространению приобретенных свойств. Указанные предпосылки лежат в основе постановки проблем микроэкологической безопасности космической техники и планетарной защиты.

Исследования, выполненные к настоящему времени как отечественными, так и зарубежными специалистами [Гобен И., Дельку М., Байнов Ж., 1987; Mishra S.K., Pierson D.L., 1992], дают основания считать, что различные космофизические факторы, такие как вакуум, солнечная активность (СА), электромагнитные поля, галактические космические лучи (ГКЛ), могут прямо и опосредованно влиять на микроорганизмы. Следует отметить, что исследования возможности сохранения жизнеспособности различных бактерий и грибов в условиях космического пространства проводились только в кратковременных полетах, причем с применением средств защиты от экстремальных физических факторов [Horneck G., 1993, 1999; Demets R., Schulte W., Baglioni P., 2004].

Следовательно, вопрос о возможности длительного выживания микроорганизмов на внешних оболочках космических аппаратов в течение времени, сопоставимого с длительностью межпланетного перелета по трассе Земля – Марс – Земля, включая оценку изменений их биологических свойств, является чрезвычайно актуальным.

Цель работы.

Изучение возможных границ фенотипической адаптации и генотипических изменений в бактериально-грибных ассоциациях, формирующих типовую микробиоту конструкционных материалов, используемых в космической технике.

Задачи исследования.

- Оценка медицинских и технологических рисков, обусловленных влиянием космофизических факторов на состояние систем «микроорганизмы – конструкционные материалы» в условиях орбитального полета;

- определение принципиальной возможности сохранения жизнеспособности тест-культур микроорганизмов при длительном (сравнимом со сроком полета Земля – Марс –Земля) экспонировании в космическом пространстве систем «микроорганизмы – конструкционные материалы».

- оценка влияния экстремальных факторов космического пространства на морфологические и биологические (биохимические) свойства микроорганизмов.

Научная новизна.

Впервые в мировой практике показана способность микроорганизмов сохранять свою жизнеспособность в ходе более чем полуторагодового экспонирования систем «микроорганизмы – субстраты» как на внешней оболочке Международной космической станции (МКС) в условиях космического пространства, так и в ее внутренней среде.

Практическая и научная значимость работы.

Установлена возможность длительного сохранения жизнеспособности бактерий и микроскопических грибов в условиях пилотируемого космического полета и космического пространства, что имеет неоценимое практическое значение для разработки средств и методов контроля за санитарно-микробиологическим состоянием среды обитания человека и для обоснования мероприятий обеспечения планетарного карантина для будущих межпланетных экспедиций.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. В условиях среды обитания МКС покоящиеся формы бактерий и микроскопических грибов способны длительное время выживать на конструкционных материалах интерьера и оборудования. При этом факторы пилотируемого космического полета могут оказывать значительное влияние на биологические свойства микроорганизмов.
  2. Впервые была установлена принципиальная возможность выживания споровых форм бактерий и микромицетов в условиях космического пространства в течение времени (более 18 месяцев), необходимого для осуществления пилотируемой марсианской экспедиции. Выявлен ряд изменений ультраструктуры как эукариотных, так и прокариотных микроорганизмов, а также их биологических свойств под действием факторов космического полета.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на 35th COSPAR Scientific Assembly (Paris, France, 2004), конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной дню космонавтики (Москва, 2004 г.), IV молодежной конференции (Москва, 2005 г.), 36th COSPAR Scientific Assembly (Beijing, China, 2006), 57th International Astronautical Congress (Valencia, Spain, 2006).

По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.

Диссертация апробирована на заседании секции «Космическая медицина» Ученого совета ГНЦ РФ – ИМБП РАН, 11 апреля 2007 г. (Протокол № 3)

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания методов исследования (глава 2), результатов собственных исследований (глава 3), обсуждения полученных данных (глава 4), выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Материал изложен на 135 страницах, иллюстрирован 23 таблицами и 47 рисунками. Список литературы содержит 132 наименований, из них 71 на русском и 61 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили в рамках научного космического эксперимента «Биориск». Методика проведения каждого цикла эксперимента «Биориск» заключалась в экспонировании систем «микроорганизмы – конструкционные материалы» во внутреннем объеме служебного модуля (СМ) МКС (Биориск-МСВ) в течение 2 лет, а в течение полутора лет – на внешней поверхности СМ (Биориск-МСН). Каждые 6 месяцев при смене экипажей часть экспонированных образцов доставлялась на Землю для лабораторных исследований.

Аппаратура для экспериментов «Биориск-МСВ» и «Биориск-МСН», состояла из 3 контейнеров. Внутри каждого контейнера размещались по 24 пластиковые чашки Петри с образцами конструкционных материалов, зараженных микроорганизмами. Каждая чашка была снабжена микропористым фторлоновым фильтром, пропускающим воздух внутрь чашки и не пропускающим микробные клетки из нее. На каждом контейнере «Биориск-МСВ» и «Биориск-МСН» были установлены дозиметры, позволявшие проводить оценку интегральной дозы облучения.

При снаряжении комплектов «Биориск-МСВ» и «Биориск-МСН» в качестве образцов использованы различные полимерные и металлические материалы, входящие в состав интерьера и оборудования, а также применяемые для внешней обшивки МКС.

В эксперименте «Биориск-МСВ» и «Биориск-МСН» в качестве биологических тест-объектов были использованы представители прокариотных организмов – бактерии видов Bacillus pumilus-25, Bacillus licheniformis-24, Bacillus subtilis-20 из числа ранее выделенных из среды обитания МКС, а также Bacillus licheniformis-ВКМ-1711Д термофильный штамм из Всероссийской коллекции микроорганизмов и Bacillus subtilis 2335/105 – коллекционные штаммы, не подвергавшиеся воздействию факторов космического полета (использовались только в эксперименте «Биориск-МСН») и эукариотных организмов – грибы видов Penicillium expansum, Aspergillus versicolor, Cladosporium cladosporioides, изолированные из внутренней среды МКС в более ранний период ее эксплуатации. Исходная концентрация тест-культур в эксперименте «Биориск-МСВ» составляла для бактерий – 103 спор и 105 спор в эксперименте «Биориск-МСН», а для грибов в обоих случаях – 104 спор на каждый образец. После возвращения контейнеров на Землю микрофлору с поверхностей образцов отбирали методом отбалтывания в стерильном физиологическом растворе с последующим высевом суспензии на плотные питательные среды. Питательные среды, предназначенные для культивирования бактерий, помещали в термостат на 24–48 часов при 37 оС, а для культивирования грибов – на 10–14 суток при 29 оС. После истечения указанного времени производили подсчет общего количества бактерий и грибов и отсев колоний для дальнейшей идентификации при помощи автоматизированной системы Vitek фирмы BioMerieux, Франция.

Исследование ультрастраструктуры клеток тест-культур бактерий и грибов

Морфологию клеток бактерий и мицеллиальных грибов изучали с использованием электронного микроскопа на тотальных препаратах, контрастированных 2 %-ным водным раствором уранилацетата. Для получения ультратонких срезов были взяты клетки, выращенные на твердых питательных средах. Клетки бактерий и грибов фиксировали 2,5% глютаровым альдегидом в 0,05М кокадилатном буфере и постфиксировали 1% тетраоксидом осмия в том же буфере, и после обезвоживания заключали в эпоксидные смолы «Эпон 812» и «Аралдит М». Срезы, изготовленные на ультрамикротоме, помещали на медные сеточки, покрытые формваровой пленкой. Для контрастирования использовали реактив Рейнольдса. Тотальные препараты и ультратонкие срезы изучали в электронном микроскопе JEM-100СXII (Jeol, Япония) при ускоряющем напряжении 80 кВ.

Определение ДНК-азной (дезоксирибонуклеазной) и РНК-азной (рибонуклеазной) активности у штаммов бактерий

У всех культур, а также у исходных культур аналогичной видовой принадлежности, производили оценку ДНК-азной и РНК-азной активности согласно принятой методике [Биргер М.О., 1982].

Определение чувствительности тест-культур бактерий к антимикробным препаратам

В данной работе чувствительность штаммов бактерий оценивалась методом диффузии в агар с применением дисков [Биргер М.О., 1982] к следующим антимикробным препаратам: ампициллину (10 мкг/диск), бисептолу (10 мкг/диск), рифампицину (5 мкг/диск), тетрациклину (30 мкг/диск), канамицину (30 мкг/диск), карбенициллину (100 мкг/диск), неомицину (30 мкг/диск), ристомицину (30 мкг/диск).

Исследование способности тест-культур грибов образовывать органические кислоты и щелочи

Культуры плесневых грибов поверхностно выращивали на жидкой питательной среде Чапека с 10 % глюкозы при температуре 23 оС. Исследование динамики кислотообразования и щелочеобразования микроскопических грибов проводилось в течение 15 дней с 2-дневным интервалом отбора проб и измерением pH культуральной среды.

По прошествии 15 суток проводили забор культуральной жидкости и далее – определение массовой концентрации органических кислот (щавелевой, лимонной, винной, яблочной, пировиноградной, янтарной, молочной, муравьиной, уксусной, фумаровой) при помощи жидкостного хроматографа «Стайер» с спектрофотометрическим детектором с использованием хроматографической колонки Rezex ROA-Organic Acid (300 х 7,8 мм 8 мкм, Phenomenex, США). В качестве элюента использовали 0,1 % H3PO4. Скорость протока составляла 0,5 мл/мин, объем петли – 20 мкл, длина волны – 220 нм).

Исследования по прямому тестированию колонизационной и биоповреждающей активности бактерий

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»