Суборбитальный полет не повлиял на споры бациллы

Космический туризм стремительно развивается, и ожидается, что все больше людей (а также их микроорганизмов) будут подвергаться чередованию гипогравитации, микрогравитации и гипергравитации. Понимание того, как эти быстро меняющиеся условия повлияют на микроорганизмы, очень важно.

Для исследований влияния космических полетов хорошо подходит Bacillus subtilis, вид бактерий, способный к устойчивому росту в широком диапазоне условий. Когда условия становятся неблагоприятными (например, при нехватке питательных веществ или стрессе), бактерии переходят в покоящуюся форму, образуя споры. Сформировавшись, спора может выдерживать чрезвычайно суровые условия, такие как воздействие высоких температур, опасных химикатов и ионизирующего излучения. Такая высокая сопротивляемость бактериальной споры объясняется ее многослойной оболочкой, которая состоит примерно из 70 различных белков.

Хотя микроорганизмы изучались в космосе десятилетиями, как внутри космических аппаратов, так и при прямом воздействии космической среды, обычно бактерии содержат в условиях микрогравитации довольно долго (в течение недель). Пока мало известно о последствиях быстрого чередования гравитационных условий, длящихся всего несколько минут. Исследователи из Австралии и Швеции изучили этот вопрос.

Для проверки устойчивости спор B. subtilis к условиям суборбитального полета их поместили на борт двухступенчатой ракеты SubOrbital Express 3-M15. Запуск был осуществлен 23 ноября 2022 года с Космического центра Эсрендж (Швеция).

Обезвоженные (лиофилизированные) споры B. subtilis были помещены в герметичный научный модуль ADI-α (Advanced Diagnostic Laboratory-α). Модуль был интегрирован в секцию полезной нагрузки ракеты. Важно отметить, что этот модуль был постоянно герметизирован и поддерживал стандартное атмосферное давление (100 ± 10 кПа), а также комнатную температуру на протяжении всего полета (с небольшим увеличением до 28 °C при входе в атмосферу). Таким образом, основное воздействие, которому подвергались споры, было связано с гравитационными изменениями и ускорением, а не с вакуумом или экстремальными температурами.

На этапе работы второй ступени было зафиксировано максимальное ускорение ~13 g (около 147 м/с²). Ракета достигла максимальной высоты 257 км. После отделения двигателя оставшийся сегмент следовал по параболической траектории. Общая продолжительность фазы микрогравитации составила 363 секунды, или чуть более шести минут. При входе в атмосферу ракета совершила переход в режим «плоского вращения» для снижения скорости. В этот период было зафиксировано существенное замедление по оси z, превышающее 13 g, а также быстрое вращение. Сам полет, включая этапы ускорения, микрогравитации и замедления, занял относительно короткий период времени, около 10 минут. Споры, подвергшиеся этим условиям, получили название астроспоры.

После успешного возвращения на Землю извлеченные астроспоры были подвергнуты тщательному анализу. Их сравнили с контрольной группой («наземными» спорами), которые хранились в лиофилизированном состоянии при комнатной температуре. Для оценки жизнеспособности спор использовалась техника прямого посева. Ученые не обнаружили статистически значимых различий в способности к прорастанию между двумя группами. Количество жизнеспособных астроспор практически не отличалось от контрольной группы.

С помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) было подтверждено, что астроспоры сохранили типичную морфологию и исходную структуру оболочек. Статистический анализ не выявил значимых различий в размерах (длине и диаметре) между экспериментальными и наземными образцами. Диаметр астроспор составил 0,9 мкм, что было сопоставимо с диаметром контрольной группы 1,1 мкм.

Таким образом, авторы показали, что споры B. subtilis могут выдержать условия суборбитального полета, характеризующиеся быстрым и экстремальным чередованием ускорения, микрогравитации и замедления, без видимых изменений в структуре или функции.

Споры B. subtilis ранее уже демонстрировали способность выдерживать длительное время в условиях микрогравитации (почти 6 лет в космосе) и чрезвычайно высокое ускорение, превышающее 400 000 g, в течение 6 часов в лабораторных условиях. Сухие споры могут выживать на Земле более 500 лет.

Авторы сообщают, что дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на менее устойчивых формах микроорганизмов, например, на спорах с удаленной оболочкой или хорошо увлажненных, чтобы лучше понять механизмы биологической адаптации к космическим нагрузкам.

Споры черной плесени пережили пять часов в «марсианских» условиях