Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

в рамках эксперимента «МСК» (мезенхимальные стволовые клетки) за счет нового типа подачи питательного раствора удалось повысить выживаемость клеток, а также лучше визуализировать клеточные процессы, которые ранее маскировала гравитация. В 2021 году во время экспедиции Олега Новицкого и Петра Дуброва удалось получить образцы, которые выживали в течение 13 дней. Биологи хотят закрепить успех в будущем исследовании «МСК-КМ».

Даже во время коротких полетов у космонавтов снижался иммунитет. Способность противостоять инфекциям оказалась связана со снижением способности белых кровяных телец синтезировать вещество под названием интерферон. На станции «Салют‐6» были проведены два близких эксперимента с несколькими видами препаратов, которые могли бороться с вирусами: либо спровоцировать выработку нужного белка естественным путем, либо отследить эффективность искусственного интерферона. В рамках экспериментов «Интерферон» и «Иммунитет» на борт станции доставляли пробирки с клетками и лекарственными препаратами. Так как предполагалось, что высокий уровень радиации оказывает большое влияние на процессы, образцы помещались в разных участках станции с более сильной или слабой защитой. Это был один из самых долгих экспериментов, который проводится и сейчас: на Земле синтезируется новый препарат или лучшая версия интерферона, и его отправляют на орбиту. В исследованиях заинтересованы многие фармакологические предприятия и лечебные учреждения. Важность разработки противовирусных препаратов очевидна – почти каждый человек на планете лечился от ОРВИ, а после пандемии COVID‐19 исследования приобрели жизненно важный характер. На МКС проходил эксперимент «Арил», в котором кроме интерферона исследовались интерлейкины и арилы (это тоже белки, помогающие иммунитету бороться с вирусами). Часть штаммов, полученных на орбите методом селекции, уже применяется в одобренных к использованию лекарственных средствах. В частности, большим достижением стало появление препарата, который устойчив к стрептомицину – это сильный антибиотик, который хорошо борется с болезнями, но действует не избирательно и подавляет иммунитет. Теперь его можно использовать в комплексе с космическим интерлейкином для лечения запущенных воспалений.

Иммунитет можно усилить с помощью прививок. На МКС в рамках эксперимента «Автовакцина» проводилась селекция штаммов кишечной палочки для последующей тренировки иммунитета. Бактерии были безвредны, но имели особенности строения, схожие с особенностями патогенных вариантов. При введении в организм такие вещества провоцируют иммунитет создавать антитела. Потом, если человек заболеет, иммунитет быстрее отреагирует на возбудитель и подавит инфекцию до появления неприятных или опасных симптомов. В эксперименте удалось создать вещество для производства вакцин от чумы с большей эффективностью и чистотой, чем на Земле.

На МКС был проведен эксперимент по определению межклеточного взаимодействия лейкоцитов.

В эксперименте «Цитос» используется апробация антибиотиков в космическом пространстве. Различные клетки и бактерии помещаются в питательную среду и в лекарственный препарат, уничтожающий их. На станции «Салют‐6» это исследование началось с безобидной инфузории-туфельки. Как оказалось, невесомость влияет как на размножение микроорганизмов, так и на эффективность антибиотиков. В космосе клетки делятся очень хорошо и быстро, так что экспериментальное исследование ускоряется относительно земного варианта. Но в космическом полете замечено снижение эффективности лекарственных препаратов, а на некоторые антибиотики микроорганизмы вообще перестали реагировать.

На станции «Салют‐7» эксперимент был продолжен с кишечной палочкой и стафилококком. Опасения медиков подтвердились – если космонавт заболеет, существующие лекарственные средства не помогут. Это подстегнуло начать работу над более эффективными препаратами. При этом было неясно, бактерии ли в невесомости становятся сильнее или антибиотики хуже уничтожают микроорганизмы. Исследования продолжились, в том числе на МКС и на отдельных биологических спутниках. Оказалось, что сильнее стала кишечная палочка: размер бактерии уменьшился на 75 %, и она приобрела шарообразную форму. Тот же объем клетки расположился в более компактной упаковке. Утолщилась мембрана. Стенка клетки, защищающая от внешнего воздействия, стала прочнее. Сами микроорганизмы начали группироваться в комки. Антибиотик атакует внешний слой клеток, а те, что в центре, остаются невредимы.

В 2019 году кишечная палочка была даже напечатана на биопринтере. Наземное исследование показало, что в условиях гравитации бактерия оставалась резистентной. К счастью, опасности такие эксперименты не представляют, так как проводятся в изолированной среде и с безопасными для человека штаммами. Создание образцов супербактерий помогает в разработке более эффективных лекарств.

Отдельный эксперимент «Биоэкология» нацелен на получение штаммов бактерий, которые могут разлагать пластик и нефть для применения на Земле в очистке воды от загрязнений. У таких организмов агрессивность даже приветствуется. Чем сильнее бактерия, тем эффективнее она будет решать экологические проблемы.

Однако усиление антибиотиков может привести к тому, что они будут атаковать полезные для организма бактерии. Например, после лечения часто возникают проблемы с кишечником. Эксперимент «Биоэмульсия» был призван показать возможности нового биореактора. Культивировались пробиотики, восстанавливающие биосферу пищеварительной системы, но в невесомости препараты быстро теряли свои свойства. И все же один из методов сублимации показал хорошую устойчивость к факторам космического полета. В космосе было отработано и его хранение. Однако производить пробиотик оказалось значительно эффективнее. Препарат с молочнокислыми бактериями, полученный в невесомости, сохранял свойства намного дольше, а также был устойчив к ампициллину и тетрациклину – распространенным антибиотикам.

Результат заинтересовал ученых именно относительно производства бактерий, присутствующих в кисломолочных продуктах. На МКС проводится сейчас два эксперимента, в которых космонавты стараются создать либо бактерии, которые долго хранятся и хорошо выживают, либо средства их консервации. В перспективе это поможет в производстве и хранении ряженки, сыра, кефира и т. д. Современные средства позволяют молочным продуктам долго не портиться, но платой становится потеря полезных микроорганизмов.

Неэффективность антибиотиков уже почувствовали на себе космонавты. В частности, у Юрия Романенко на станции «Салют‐6» выпала пломба и заболел зуб. Воспаление было сильным и не снималось средствами бортовой аптечки. Космонавт, несмотря на боль, с честью довел свою миссию до конца. Поэтому уход и забота за полостью рта и зубами стала отдельной темой исследования.

Стоматологическое обследование в космосе. NASA

Космонавтам доставили портативную бормашину, но ею так никто и не воспользовался. Большую эффективность продемонстрировали временные лекарственные пломбы. Но, конечно, лучше заниматься профилактикой, чем лечением. Сначала была специальная съедобная зубная паста, ведь если ее выплюнуть – она разлетится по станции. Безопасная паста пригодится для маленьких детей. Потом на орбите появились два тюбика с особыми компонентами, которые при взаимодействии вступают в химическую реакцию. Первая зубная паста очищает, а вторая приводит к загустеванию веществ и создает слой, который как бы пломбирует микротрещины и восстанавливает потерю кальция. Процедура называется реминерализация и теперь активно используется стоматологами.

Вирусы хорошо выживают в космосе, а как насчет бактериофагов? Это микроорганизмы, которые атакуют только бактерии. Сейчас их активно изучают, так как их можно использовать для лечения инфекций, которые научились сопротивляться антибиотикам. Бактериофаги также способны переносить участки ДНК,