Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Поиск
Шифр эксперимента: Биориск
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Наименование эксперимента: Исследование влияния факторов космического пространства на состояние систем «микроорганизмы-субстраты» применительно к проблеме экологической безопасности космической техники и планетарного карантина
Цель эксперимента:

Получение новых данных о возможных проявлениях (границах) фенотипической адаптации и генотипических изменений у бактерий и грибов, формирующих типовую микробиоту конструкционных материалов, используемых в космической технике, а также у различных биологических тест-объектов (семян растений, личинок и яиц насекомых, покоящихся форм водных ракообразных организмов, икры рыб).

Получение новых данных о возможных проявлениях адаптации и изменениях в бактериально - грибных ассоциациях, формирующих типовую микробиоту конструкционных материалов. Прогнозирование стойкости материалов к микробиологическому фактору в реальных условиях эксплуатации и разработка рекомендаций по снижению риска микробиологических повреждений. Оценка медицинских и технологических рисков, обусловленных влиянием циклических изменений солнечной активности на состояние систем "микроорганизмы – субстраты" в условиях орбитального полета.

Описание эксперимента:

Одним из факторов, способных оказать существенное влияние на безопасность космических полетов, является – биологический. Так, в частности, взаимодействие микроорганизмов с конструкционными материалами космических кораблей и с членами их экипажей может явиться причиной отказов в работе различного оборудования либо развития заболеваний и осложнений инфекционной этиологии.

В результате быстрой изменчивости и адаптации микроорганизмов к неблагоприятным факторам внешней среды, как правило, происходит активизация наиболее биологически активных клонов из числа потенциальных биодеструкторов и потенциально патогенных микроорганизмов. Для получения новых данных о возможных проявлениях (границах) фенотипической адаптации и генотипических изменений в бактериально-грибных ассоциациях, формирующих типовую микробиоту конструкционных материалов, используемых в космической технике, была разработана программа и аппаратура для серии космических экспериментов под общим названием «Биориск»

В этой связи на борту Международной космической станции были размещены контейнеры «Биориск-МСН» и «Биориск-МСВ» и планшеты «Биориск-КМ».

Принцип действия контейнеров "Биориск -- МСВ" основан на экспонировании искусственно контаминированных тест-микроорганизмами образцов материалов в среде обитания МКС с последующим анализом их на Земле. Экспонирование планшетов комплекта «Биориск-КМ», контейнеров «Биориск-МСВ» и контейнеров «Биориск-МСН» и возврат на Землю с заданной периодичностью. Возврат планшетов «Биориск-КМ» осуществляется с периодичностью один раз в год, контейнеров «Биориск-МСВ» и «Биориск-МСН» – один раз в полгода.

Задачи КЭ:

• применительно к аппаратуре «Биориск-МСВ» - изучение возможности сохранения жизнеспособности и изменений биологических свойств у микроорганизмов и у более сложных биологических объектов (покоящихся форм высших растений, насекомых, низших ракообразных и позвоночных животных) при длительном экспонировании во внутренних объемах МКС.;

• применительно к аппаратуре «Биориск-КМ» изучение фенотипической адаптации и генотипических изменений в бактериально-грибных ассоциациях, формирующих типовую микробиоту конструкционных материалов, используемых в космической технике.

Объём и сроки реализации - не определены (до момента окончания эксплуатации МКС).

Новизна эксперимента:

Многолетнее экспонирование систем "микроорганизмы субстраты" и "конструкционные материалы" во внутренней среде космической станции и на ее внешней поверхности как отечественными, так и зарубежными исследователями ранее не осуществлялось и позволит на качественно новом уровне оценить экологические, технологические и медицинские риски, обусловленные микробиологическим фактором, при освоении околоземного космического пространства, а также осуществлении межпланетных полетов.

Научная аппаратура:

При проведении эксперимента должна использоваться следующая аппаратура:

- планшет БИОРИСК-КМ (с "пассивными" образцами конструкционных материалов для экспонирования во внутреннем объеме PC МКС);

- планшет БИОРИСК-МСВ (с модельными системами "микроорганизмы- субстраты" для экспонирования во внутреннем объеме PC МКС);

- планшет БИОРИСК-МСН (с модельными системами "микроорганизмы-конструкционные материалы "для экспонирования на наружной поверхности PC МКС);

- транспортировочный контейнер для спуска экспонированных образцов и доставки, новых образцов.

Основные технические характеристики:

- планшет БИОРИСК-КМ должен состоять из трех частей, размещаемых в различных местах па Р? МКС. Габариты каждой части не более 450x210х 90мм. Масса каждой части не более 1 кг.

- планшет БИОРИСК-МСВ должен представлять собой плату с тремя съемными батареями с ячейками для модельных систем. Габариты планшета - не более 300х300х90мм. Габариты съемной батареи - не более 280х90х75мм. Масса планшета - не более 1,5 кг. Масса съемной батареи - не более 0,5 кг.

- планшет БИОРИСК-МСН должен представлять собой плату с гремя съемными батареями с ячейками для модельных систем. Габариты планшета - не более 500х300х90мм. Габариты съемной батареи - не более 280х90х75мм. Масса планшета - не более 8 кг. Масса съемной батареи - не более 2 кг. 11а планшете БИОРИСК-МСН должна быть предусмотрена возможность крепления к штатным элементам конструкции вне ГО PC МКС и ручки, обеспечивающие возможность переноса и монтажа планшета мри ВКД - транспортировочный контейнер для спуска экспонированных образцов и доставки, новых образцов габаритами не более 200x200x150 мм и массой не более 0,5 кг.

Ожидаемые результаты:

Ожидаемый эффект от выполнения КЭ прежде всего определяется возможностью использования полученных данных для повышения экологической безопасности и надежности космической техники, а также 4 уточнения требований и стратегии планетарного карантина при осуществлении межпланетных исследований.

Полученные результаты:

На образах материалов (фрагмент кабеля с защитной оболочкой), расположенных на планшете «Биориск-КМ» выявлены изменения в количественном содержании грамположительных микроорганизмов вида S.epidermidis.

Отмечено появление спорообразующих бактерий вида B.subtilis на материалах: стеклотекстолит фольгированный, фрагмент кабеля с защитной оболочкой из фторопластовой липкой ленты и фрагмент кабеля с защитными оболочками (полиэтилентерефталатная лента и сырая каландированная пленка), а также появление спор плесневых грибов на материалах: система (грунт-эмаль) и алюминиевый сплав.

Экспонирование семян на борту МКС в течение 23 месяцев не вызывало изменений таких показателей как всхожесть семян и энергия прорастания. Длительность онтогенетического развития, высота, общая масса растений, количество плодов и семян, содержание основных фотосинтетических пигментов не отличались от характеристик растений в контрольном варианте.

Отмечено, что после 23-месячного экспонирования спор бактерий рода Bacillus на борту МКС в контейнере «Биориск-МСВ» количественный уровень жизнеспособных клеток в абсолютных единицах был достаточно высоким и существенно не отличался от 11-месячного периода исследований. Отмечено усиление РНКазной активности у трех из четырех исследованных видов бактерий рода Bacillus после 23-месячного экспонирования на МКС.

Результаты исследований полученные с использованием аппаратуры «Биориск-МСВ», показали, что существует определенная связь между показателями, характеризующими биологическую активность микроорганизмов и их адаптационными характеристиками.

Отмечено увеличение количественного уровня тест-микроорганизмов на образцах материалов и активизация их биологической активности. Данная взаимосвязь может быть использована в прогностических целях при оценке биостойкости материалов к микробному заселению.

Экспонирование семян на борту МКС в течение 23 месяцев не вызывало изменений таких показателей как всхожесть семян и энергия прорастания. Длительность онтогенетического развития, высота, общая масса растений, количество плодов и семян, содержание основных фотосинтетических пигментов не отличались от характеристик растений в контрольном варианте.

В результате исследований полученных с использованием аппаратуры «Биориск-КМ» не было отмечено существенного увеличения обсемененности образцов микроорганизмами.

Сроки проведения: Продолжается с МКС-5 по настоящее время.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: ФГУП ЦНИИмаш; МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва); Институт микробиологии АН РФ (г, Москва); РКК "Энергия" им. СП. Королёва; РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина.
Научный руководитель: Д.б.н.Новикова Н.Д.
Куратор от ЦНИИмаш: Васильев Е.И.
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Публикации по эксперименту:

1. Баранов В.М., Поликарпов Н.А., Новикова Н.Д., Дешевая Е.А., Поддубко С.В., Свистунова Ю.В., Цетлин В.В. Основные научные результаты космического эксперимента «Биориск» на Международной космической станции. // Авиакосмическая и Экологическая Медицина. – 2006.-Т.40. №3. –С.3-9.

2. Сычёв В.Н., Алексеев В.Р., Левинских М.А., Новикова Н.Д. Стадия покоя живых существ и проблема жизни в космосе. // Актуальные проблемы Российской космонавтики Труды ХХХ Академических чтений по космонавтике. Москва, 25-27 января 2006 г. С. 465-467.

3. Новикова Н.Д., Поликарпов Н.А., Дешевая Е.А., Свистунова Ю.В., Григорьев А.И. Результаты исследований в эксперименте по длительному экспонированию микроорганизмов в условиях открытого космоса // Авиационная и экологическая медицина 2007. Т 41. №2. С. 14-20.

4. Е.А. Дешевая, Н.Д. Новикова, Н.А. Поликарпов, Ю.В. Свистунова, А.Л. Ермак, Т.Е. Самосадная. Основные итоги космического эксперимента «Биориск» и его перспективы. // Космонавтика и Ракетостроение. -2007.- 4 (49). С. 64 – 70.

5. O. Gusev, Y. Nakahara, V. Sychev, M. Levinskikh, N. Novikova, V. Alexeev, T. Kikawada and T. Okuda. An anhydrobiotic insect Polypedilum vanderplanki as a tool for Astrobiology. // Space Utilization Research, 2008. 24. С. 306-309.

6. Новикова Н.Д., Поликарпов Н.А.,Поддубко С.В., Дешевая Е.А. Проблема планетарного карантина: натурные исследования в орбитальных и межпланетных полетах. // Актуальные проблемы Российской космонавтики Труды ХХХII Академических чтений по космонавтике. Москва, 29 января – 1февраля 2008 г. С. 521-522

7. V.M.Baranov, N.D.Novikova, N.A.Polikarpov, V.N.Sychev, M.A.Levinskikh,V.R.Alekseev, T.Okuda, M.Sugimoto, O.A.Gusev, A.I.Grigor’ev. The Biorisk Experiment: 13-Month Exposure of Resting Forms of Organism on the Outer Side of the Russian Segment of the International Space Station: Preliminary Results. // Doklady Biological Sciences, 2009, Vol. 426, Р. 267–270.

8. Novikova N, Gusev O, Polikarpov N, Deshevaya E, Levinskikh M, Alekseev V, Okuda T, Sugimoto M, Sychev V, Grigoriev A. // Survival of dormant organisms after long-term exposure to the space environment. Acta astronautica. 68, 2011, p. 1574-1580.

9. M.Sugimoto, M.Ishi, I.C.Mori, E.Shagimardanova, O.A.Gusev, M.Kihara, T.Hoki, V.N.Sychev, M.A.Levinskikh, N.D.Novikova, A.I.Grigoriev. Viability of barley seeds after long-term exposure to outer side of international space station. // Adv. Space Res. 2011. 48. Р.1155-1160.

Последнее обновление: 02.04.2015

Программы

Изображения