Биотрек

Изучение изменения генетических свойств, продуктивности рекомбинантных штаммов в условиях микрогравитации под воздействием на них тяжелых заряженных частиц космического излучения.

Повышенный уровень ионизирующего излучения, действующий в космическом полете наряду с микрогравитацией и другими экстремальными условиями среды, является фактором, увеличивающим риск структурных повреждений генетического аппарата клеток. Несмотря на то, что радиобиологическими исследованиям в космосе придается большое значение, молекулярные механизмы, приводящие к возникновению структурных нарушений в генетическом аппарате клеток, по-прежнему остаются мало изученными. Планируемые исследования имеют качественно новый уровень. Зарубежных аналогов в области изучения корреляции между изменениями свойств исследуемых биообъектов различного уровня организации (микроорганизмы, растительные и животные клетки) и количеством попаданий тяжелых заряженных частиц космического излучения ионов высоких энергий нет.

Пенал "Биоэкология" №6-1, 6-2, 6-3, 6-4 Пенал "Биоэкология" №7-2

Предполагается выявить значительную интенсивность мутагенеза, в том числе повышенное появление мутаций хозяйственно-полезной направленности. Проведенные исследования позволят установить корреляцию между изменениями свойств исследуемых биообъектов различного уровня организации (микроорганизмы, растительные и животные клетки) и количеством попаданий тяжелых заряженных частиц космического излучения.

Объектами исследования являлись культуры:

• микоризных грибов Mycelium radicis var. ledum НЖ-13, Mycelium sterilia ЛХ-1 - продуценты препарата – биостимулятора роста растений, которые экспонировались в КЭ на плотной и жидкой питательных средах Гельцер в пробирках;

• микоризных грибов Mycelium radicis ginseng НТН-1, Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10 - продуценты препарата – биостимулятора роста растений, которые экспонировались в КЭ на плотной питательной среде Гельцер в пробирках;

• бактериальных вегетативных культур - Arthrobacter sp. OC-1 (А1), Arthrobacter sp. МИП-89 (А3) Arthrobacter sp. МИА-74 (А2), Rodococcus erythropolis sp. 1/3, Rodococcus erythropolis sp. 1/5 – продуценты препарата биодеграданта нефти, которые экспонировались в КЭ на плотной, жидкой питательных средах и в лиофильно высушенном состоянии в ампулах в зависимости от КЭ;

• бактериальной споровой культуры Bacillus Licheniformis L-34 - продуцента полипептидного антибиотика бацитрацина и протеолитических ферментов.

В 2012 году исследование проводились с пеналами № 6-4 и № 6-2 укладки «Биоэкология» КЭ «Биотрек»

• пенал № 6-2, отправленного в составе укладки «Биотрек» на РС МКС ТК «Прогресс М-07М» МКС-24/25 10.09.2010 г. и доставленного в лабораторию ОАО «Биохиммаш» 01.07.2012 г. кораблем «Союз ТМА-03М» МКС-30/31. Время экспозиции биоматериала пенала № 6-2 укладки «Биоэкология» в космосе составило 661 день (22 месяца)

• пенал № 6-4, отправленного в составе укладки «Биотрек» на РС МКС ТК «Прогресс-М-59» МКС-14 18.01.2007 г. и доставленного в лабораторию ОАО «Биохиммаш» 17.09.2012 г. кораблем «Союз ТМА-04М» МКС-31/32. Время экспозиции биоматериала пенала № 6-4 укладки «Биоэкология» в космосе составило 2068 дней (68,9 месяца).

• Культура пенала № 6-2 МКС 30/31 с плотной и жидкой питательных сред выжила и сохранила способность расти на питательной среде в чашках Петри, в пробирках и жидкой питательной среде в колбах.

• Все культуры пенала № 6-4 МКС 31/32 выжили и сохранили способность расти на плотной питательной среде в чашках Петри, в пробирках и жидкой питательной среде в колбах.

Макроморфология колоний лётной и наземной культуры Arthrobacter sp. МИП-89 пенала № 6-2 через 661 день (22 мес.) КЭ

Культура А3 на плотной питательной среде МПА летный вариант	Культура А3 на плотной питательной среде МПА наземный вариант	Культура А3 на жидкой питательной среде летный вариант	Культура А3 на жидкой питательной среде наземный вариант

Макроморфология колоний лётной и наземной культур Arthrobacter sp. OC-1 (А1), Arthrobacter sp. МИП-89 (А3) Arthrobacter sp. МИА-74 (А2), Bacillus Licheniformis L-34 пенала № 6-4 через 2068 дней (68,9 мес.) КЭ

Культура А1 летный вариант. Рассев с ампулы	Культура А1 наземный вариант. Рассев с ампулы	Культура А2 летный вариант. Рассев с ампулы	Культура А2 наземный вариант. Рассев с ампулы

В 2012 году были продолжены исследования с пеналами №№ 7-2, 7-1:

• пенал № 7-2, отправленного в составе укладки «Биотрек» на РС МКС ТК «Прогресс М-07М» МКС-24/25 10.09.2010 г. и доставленного в лабораторию ОАО «Биохиммаш» 16.09.2011 г. кораблем «Союз ТМА-21» МКС-27/28. Время экспозиции биоматериала пенала № 7-2 укладки «Биоэкология» в космосе составило 371 день (12,4 месяца)

• пенала № 7-1, отправленного в составе укладки «Биотрек» на РС МКС ТК «Союз ТМА-13» МКС-18 12.10.2008 г. и доставленного в лабораторию ОАО «Биохимммаш» ТК «Союз ТМА-18» МКС-23/24 25.09.2010 г. Время экспозиции биоматериала пенала № 7-1 укладки «Биотрек» в космосе составило 713 суток (23,8 месяца)

По окончании КЭ через 5 лет, 7 месяцев и 29 дней летные и наземные лиофильно высушенные бактериальные культуры штаммов Arthrobacter sp. OC-1, Arthrobacter sp. МИА – 74, Arthrobacter sp. МИП-89, Bacillus Licheniformis L-34 сохранили жизнеспособность – все культуры выжили. Штаммы Arthrobacter sp. OC-1, Arthrobacter sp. МИА – 74 и Bacillus Licheniformis L-34 по окончании КЭ имели практически такую же концентрацию клеток, как в наземном варианте сравнения, концентрация клеток наземного варианта Arthrobacter sp. МИП-89 в 53 раза превышала летный вариант.

То же самое можно сказать и о грибных культурах. По окончании КЭ через 5 лет,7 месяцев и 29 дней летные штаммы микромицетов Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10, Mycelium sterilia ЛХ-1, Mycelium radicis ginseng НТН-1, Mycelium radicis var. ledum (Phialocephala fortini) -НЖ-13, экспонировавшиеся на плотной питательной среде, выжили.

Несмотря на то, что исследовательские работы с культурами в настоящий момент еще продолжаются, можно сказать о том, что результаты проведенного КЭ «Биотрек» во время экспедиции МКС 14-31/32 можно признать успешными. Впервые в России в результате проведения КЭ «Биотрек» бактериальные и грибные культуры после пребывания в космических условиях в течение 2068 суток выжили.

В результате проведения КЭ в период завершения МКС 23/24 удалось получить высокоактивный летный вариант культуры Rodococcus erythropolis sp. 1/5 с высоким показателем биодеградирующей активности, превышающей наземный вариант в 1,5 раза.

В результате проведения КЭ в период завершения по программам МКС 27/28, МКС 30/31 удалось получить высокоактивные летные варианты культуры Arthrobacter sp. МИП-89 А3, по биодеградирующей активности превышающие контроль в 2,5 и 1,4 раза соответственно.

В результате проведения КЭ «Биотрек» в период завершения по программам МКС 23/24, МКС 27/28, МКС 30/31 получены новые диссоцианты бактериальных культур, которые представляют большой научный интерес и будут включены в банк коллекции бактериальных культур космической лаборатории ОАО «Биохиммаш».

В настоящее время с полученными бактериальными и грибными культурами исследования продолжаются. В результате этих исследований будут выявлены основные микро- и макроморфологические особенности, характер роста, продуктивность культур штаммов, нефтеокисляющая и биодеградирующая способности, также будут проведены эксперименты по оценке характера изменений в ДНК методом фингерпринта.

а	б

Рис.1. Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИП-89 (б)

а	б

Рис.2. Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. OC-1 (б)

а	б

Рис.3. Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium radicis ginseng НТН-1

Рис.4. Внешний вид биомассы культуры Mycelium radicis ginseng НТН-1, полученной при культивировании на жидкой питательной среде Гельцер в колбах на качалке

Список публикаций в процессе редактирования.