Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Электронный нос
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Исследование развития бактериальной и грибной микрофлоры на поверхностях материалов в условиях космического полета с помощью портативной газовой сенсорной системы Э-НОС
Цель эксперимента:

Изучение микробной контаминации материалов, используемых на МКС, с помощью нового экспресс-метода количественного учета и видовой идентификации микроорганизмов для обеспечения микробиологической безопасности среды обитания при длительных космических полетах.

Описание эксперимента:

Важнейшим условием эксплуатации ПКК является их экологическая безопасность, включающая обеспечение надежного контроля за физическими, химическими и биологическими параметрами среды обитания, в том числе за микробиологическим фактором. Жизнедеятельность микроорганизмов в среде космического объекта сопровождается возникновением как медицинских, так и весьма серьезных технических (технологических) рисков, в основе которых лежит резидентное заселение декоративно-отделочных и конструкционных материалов интерьера и оборудования бактериально-грибными ассоциациями. Особо важную роль в появлении технических рисков играют бактерии и грибы, так называемые технофилы. Эти микроорганизмы в результате своего развития на борту ПКК способны вызывать неисправности в работе различной аппаратуры, повреждать различные конструкционные материалы, в том числе синтетические полимеры, вызывать или провоцировать коррозию металлов.

Важнейшим фактором, инициирующим рост грибного компонента на поверхностях материалов в условиях космического объекта, является конденсат атмосферной влаги, формирующийся в обитаемых гермокабинах. Проведенные исследования показали, что в нем содержатся основные химические органические и неорганические компоненты, необходимые для микробного развития. Известно, что операторы многих экспедиций в зонах с повышенной влажностью наблюдали видимый микробный рост на элементах интерьера и оборудования. При исследовании доставленных на Землю проб из таких зон были выявлены ассоциации, в состав которых входили спорообразующие бактерии, относящиеся к роду Bacillus, а также грибы видов Penicillium chrysogenum, P. expansum, Aspergillus versicolor.

Также фактором, представляющим серьезную опасность, является вовлечение в процессы биоповреждения материалов патогенов человека, что может привести к формированию резервуаров возбудителей - источников инфекций, а также появлению предпосылок и условий для возникновения у членов экипажей сенсибилизации и аллергических реакций, микозов и микоинтоксикаций. В обитаемых отсеках орбитальных комплексов на поверхностях интерьера и оборудования эпизодически выявлялись отдельные зоны, в которых регистрировались концентрации условно-патогенных бактерий и грибов, достигающие 106 и более колониеобразующих единиц (КОЕ) на 100 см2, что значительно превышало нормативные показатели.

Важно отметить, что при развитии микроорганизмов на полимерных материалах может происходить образование летучих токсических веществ – продуктов биоповреждения полимеров. Накопление этих веществ на полимерных материалах может ухудшить санитарно-химические свойства полимеров и приводить к загрязнению воздушной среды вредными микропримесями.

Основной целью эксперимента «ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС» является исследование развития микроорганизмов на материалах, применяемых в космических технологиях, с помощью портативной газовой сенсорной системы Э-НОС.

Для проведения КЭ на борт МКС доставляется и используется комплект Э-НОС. В ходе эксперимента член экипажа обеспечивает размещение планшета с образцами материалов в установленном месте СМ. Исследование микробной контаминации образцов материалов и трех поверхностей интерьера РС МКС осуществляется прибором Э-НОС через два и четыре месяца, а также в последние дни работы экспедиции. После чего карта памяти с результатами эксперимента и планшет с образцами материалов возвращаются на Землю.

Принцип работы прибора Э-НОС основан на анализе количественного состава газовых выделений бактерий и грибов. Проявляя метаболическую активность при развитии на поверхности какого-либо материала, микроорганизмы выделяют во внешнюю среду летучие низкомолекулярные органические вещества (спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, органические кислоты и т.д.), состав которых специфичен для большинства таксономических групп бактерий и грибов. Микроколичества этих соединений могут быть определены прибором Э-НОС с помощью 10 встроенных в него датчиков, каждый из которых имеет в качестве чувствительного элемента пленку из окисла металла, изменяющую свое сопротивление под воздействием определенных компонентов газовой среды. Полученные данные сохраняются на карте памяти.

При выполнении эксперимента должны быть решены следующие задачи:

• с использованием прибора «Э-НОС» провести оценку присутствия на образцах материалов бактерий видов Bacillus subtilis и Staphylococcus warneri;

• с помощью прибора «Э-НОС» определить количественный уровень микробной контаминации образцов материалов бактериями видов Bacillus subtilis и Staphylococcus warneri (в случае их присутствия);

• с использованием прибора «Э-НОС» провести оценку присутствия на образцах материалов плесневых грибов видов Aspergillus versicolor и Penicillium expansum;

• с помощью прибора «Э-НОС» определить количественный уровень микробной контаминации образцов материалов грибами видов Aspergillus versicolor и Penicillium expansum (в случае их присутствия);

• используя прибор «Э-НОС», определить уровень развития бактерий и плесневых грибов вышеперечисленных видов на некоторых поверхностях интерьера и оборудования РС МКС.

В настоящее время аппаратура Э-НОС способна определять количественные уровни микробной контаминации поверхностей материалов микроорганизмами, относящимися к родам Bacillus, Staphylococcus, Penicillium, Aspergillus и, как показывает опыт, являющимися доминирующими в микробном сообществе орбитальных станций.

В ходе КЭ проводятся следующие сеансы:

- сеанс, связанный с проверкой работоспособности прибора «Э-НОС» и размещением на РС МКС составляющих комплекта «Э-НОС» проводится в течение недели после доставки оборудования;

- 3 сеанса, связанные с измерениями. Первый измерительный сеанс проводится спустя 2 месяца с момента начала эксперимента, второй – через 4 месяца, третий – за 1-3 суток до посадки;

- сеанс по подготовке к возвращению на Землю укладок «Э-НОС. Планшет» и «Э-НОС. Данные» проводится за 1-3 суток до посадки. Укладка «Э-НОС. Планшет» является срочным грузом, поэтому её получение требуется на месте посадки.

КЭ рассчитан на проведение в течение одной длительной экспедиции (не менее 6 месяцев).

Новизна эксперимента:

Эксперименты, аналогичные предлагаемому КЭ, в условиях длительного пилотируемого космического полета ранее не проводились. Перед началом формирования ТЗ на КЭ был проведен широкий спектр микробиологических испытаний прибора Э-НОС в лабораторных и близких к натурным условиях.

Первый этап работ заключался в «обучении» прибора распознавать «запахи» наиболее часто встречаемых и непосредственно изолированных из среды обитания МКС представителей бактериальной и грибной флоры. В качестве наиболее значимых были выбраны представители условно патогенной флоры человека и представители так называемой технофильной флоры, способные вызывать биологические повреждения материалов: Staphylococcus aureus, Bacillus thuringiensis, Bacillus cereus, Bacillus pumilus. Кроме этого были исследованы некоторые представители плесневой флоры: Penicillium chrysogenum, Aspergillus flavus, Aspergillus ustus, Aspergillus versicolor, Aspergillus sydowii, Penicillium expansum, Penicillium aurantiogriseum.

На втором этапе исследований было проведено испытание возможности индикации вышеуказанных микроорганизмов непосредственно на материалах, используемых в космической технике. На базе Бременского университета были проведены параллельные исследования по определению тест-микроорганизмов бактерий и грибов (из числа ранее «обученных»), нанесенных на образцы из хлопка классическими методами и при помощи прибора Э-НОС. Проведенные исследования выявили возможность определения количественного содержания и видового состава микроорганизмов при помощи данного устройства. Отмечено, что наиболее точные результаты были получены при нахождении тест-микроорганизмов на данных материалах в высоких титрах (105-106 КОЕ на образец площадью 25см2), что позволяет выявлять зоны с превышением регламентируемых показателей по содержанию микроорганизмов в соответствии с принятым для МКС нормативом (SSP 50260 MORD).

Третий этап исследований был проведен в наземных условиях, наиболее близко моделирующих условия на МКС. Данные испытания проводились в модельном комплексе «Марс-500», где операторы самостоятельно проводили измерения в наиболее важных или наиболее загрязненных зонах (туалеты, душевая комната, спальные места и места приема пищи). Всего во время 105 суточного эксперимента были проведены девятикратные измерения в 10 зонах. Все результаты исследований сохранялись в памяти устройства Э-НОС, а также «сбрасывались» на бортовой компьютер для дальнейшего анализа. В ходе эксперимента при помощи воздухоотборника SAS и принятых в микробиологии методов исследования был установлен количественный и видовой состав бактериально-грибной флоры воздуха объекта «Марс-500», который характеризовался наличием бактерий родов Staphylococcus, Micrococcus, Bacillus и грибов родов Aspergillus и Penicillium. Количественный уровень бактерий и грибов был невысоким и в основном не превышал нормативные показатели. Таким образом наземное использование прибора Э-НОС подтвердили возможность оценки санитарно-микробиологической обстановки в различных зонах герметичных обитаемых объектов.

Научная аппаратура:

Состав комплекта «Э-НОС»

1. Прибор «Э-НОС»

2. Кабель питания

3. Пневмопровод

4. Воздухозаборник ВЗ-1

5. Воздухозаборник ВЗ-2

6. Укладка «Э-НОС. Фильтры», в составе:

6.1 Фильтр Э-НОС-Ф1

6.2 Фильтр Э-НОС-Ф2

6.3 Пакет с замком Zip-lock

6.4 Чехол

7. Укладка «Э-НОС. Планшет», в составе:

7.1 Планшет

7.2 Чехол

8. Укладка «Э-НОС. Данные», в составе:

8.1 Карта памяти SD

8.2 Чехол

9. Контейнер

Ожидаемые результаты:

В результате проведения предлагаемого КЭ и обработки полученного экспериментального материала будут получены следующие результаты:

- отработан новый экспресс-метод исследования микробной контаминации поверхностей материалов в условиях длительного космического полета.

- получены новые данные по микробной контаминации материалов, используемых в космических технологиях.

- оценена возможность использования в перспективе прибора Э-НОС на космических станциях в качестве бортового варианта микробиологической лаборатории.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: КЭ рассчитан на проведение в течение одной длительной экспедиции (не менее 6 месяцев). Начало проведения 2013 г.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ГНЦ РФ – ИМБП РАН
Организации участники: ОАО РКК «Энергия», ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Новикова Н. Д., ИМБП РАН, зав.лаб., д.б.н.
Публикации по эксперименту:

Список публикаций в процессе редактирования.

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения