Шифр эксперимента: | Биотрек | ||||||||||||||||||||||||||||
Направление НПИ: | 4. Космическая биология и биотехнология | ||||||||||||||||||||||||||||
Секция КНТС: | Космическая биология и физиология | ||||||||||||||||||||||||||||
Наименование эксперимента: | Исследование влияния потоков тяжелых заряженных частиц космического излучения на генетические свойства клеток-продуцентов БАВ | ||||||||||||||||||||||||||||
Цель эксперимента: |
Изучение изменения генетических свойств, продуктивности рекомбинантных штаммов в условиях микрогравитации под воздействием на них тяжелых заряженных частиц космического излучения. | ||||||||||||||||||||||||||||
Новизна эксперимента: |
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. | ||||||||||||||||||||||||||||
Научная аппаратура: |
Пенал "Биоэкология" №6-1, 6-2, 6-3, 6-4 Пенал "Биоэкология" №7-2 | ||||||||||||||||||||||||||||
Ожидаемые результаты: |
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. | ||||||||||||||||||||||||||||
Полученные результаты: |
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
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
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.
Рис.1. Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИП-89 (б)
Рис.2. Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. OC-1 (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 | ||||||||||||||||||||||||||||
Сроки проведения: | КЭ начат в 2006 году с экспедиции МКС-14. | ||||||||||||||||||||||||||||
Состояние эксперимента: | Завершен | ||||||||||||||||||||||||||||
Организация постановщик: | ОАО "Биохиммаш" | ||||||||||||||||||||||||||||
Организации участники: | РКК «Энергия» им. С.П.Королева, НПП «БиоТехСис», РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина | ||||||||||||||||||||||||||||
Научный руководитель: | Крашенинникова Т.К., ОАО «Биохиммаш», с.н.с., к.б.н. | ||||||||||||||||||||||||||||
Публикации по эксперименту: |
Список публикаций в процессе редактирования. | ||||||||||||||||||||||||||||
Последнее обновление: | 29.05.2019 | ||||||||||||||||||||||||||||
Задачи эксперимента: |
• Изучение влияния длительности воздействия радиационных космических факторов (экспозиции) на культуры рекомбинантных штаммов-продуцентов биологически активных веществ в условиях орбитального космического полета, а также на их ростовые характеристики и сегрегационную стабильность плазмид. • Изучение и отработка технологии селекции высокопродуктивных вариантов штаммов из культур, подвергнутых экспозиции в условиях орбитального полета. • Регистрация и анализ треков тяжелых ядер и общей дозы радиации. • Определение корреляции между изменениями генетических свойств исследуемых биообъектов различного уровня организации (микроорганизмы, растительные и животные клетки) и количеством попаданий тяжелых заряженных частиц космического излучения. | ||||||||||||||||||||||||||||
Постановщики эксперимента: | Крашенинникова Т.К., Украинцев А.Д. | ||||||||||||||||||||||||||||
Страна: | Россия |