Новости

27 декабря, 2017 17:00

В герметичном объеме на Земле проверили пути расселения космических микробов

Коллектив ученых из Финляндии, Бельгии, Франции совместно с исследователями Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) и Института медико-биологических проблем РАН определил возможные очаги бактериального заражения в замкнутом пространстве близком по конфигурации к замкнутой экосистеме космического назначения. В ходе наземного эксперимента ученые выяснили, что бактерии скапливаются в местах, где возникают завихрения воздушных потоков и застои. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Environmental Sciences
Фото: клетки стафилококка и споры бациллы со стенок герметичного объема. Микроорганизмы изначально были выделены на борту МКС, позже доставлены на Землю и использованы в экспериментах. Источник: Новости сибирской науки

Распространение микроорганизмов, например, бактерий, грибковых спор, вирусов, в замкнутых пространствах представляет серьезную опасность для находящихся там людей. В случае космической станции микробы могут стать одной из угроз для здоровья экипажа и успешности космической миссии. Чтобы избежать таких проблем в космосе, ученые исследуют этот вопрос на близких по свойствам и конфигурации объектах на Земле. Для подобных экспериментов идеально подходит созданная в Красноярске замкнутая система жизнеобеспечения БИОС-3. В комплексе БИОС-3 не раз проводились длительные эксперименты по замыканию экологического цикла, включающего человека.

В рамках проекта, поддержанного Европейским союзом, БИОС-3 был использован для оценки распространения микроорганизмов внутри герметичного пространства. Ученые рассчитали, как частицы будут распределяться в воздушных потоках внутри замкнутого герметичного объекта. Выяснилось, что основными очагами их скопления являются зоны, в которых возникают завихренные воздушные потоки либо наблюдается полное отсутствие движения воздуха.

Исследователи показали, что основная информация, которая требуется для оценки скорости и направленности распространения микробов, а также мест их концентрации в замкнутом пространстве – это направление воздушных потоков и характеристика начального распределения микрофлоры внутри системы. В качестве имитатора бактерий ученые использовали мелкодисперсные частицы, соответствующие по размеру, весу и объему бактериям. В ходе проекта была разработана математическая модель, имитирующая распределение частиц. Прогнозируемое в расчетах распределение механических частиц совпадало с наблюдениями в самой системе. Чтобы убедиться в адекватности модели внутри БИОС-3 были распылены культуры микроорганизмов, выделенные на МКС и доставленные на Землю. Наиболее распространенными бактериями и грибами из воздуха космических аппаратов являются виды Staphylococcus и Bacillus, а также Penicillium и Aspergillus.

«Эксперимент показал, что знаний о начальных условиях, силе и направлении воздушных потоков, и размерах частиц достаточно для того, чтобы посчитать, как они перемещаются. Расчетным путем можно определить зоны, куда попадают или где с наибольшей вероятностью скапливаются бактерии или любые другие механические частицы, аналогичные по размеру микробам. Обладая этой информацией, специалисты смогут предсказать и принять профилактические меры, включая оперативную обработку потенциально зараженных пространств», - рассказал доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией управления биосинтезом фототрофов Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН Александр Тихомиров.

В целом вопрос распространения микробов или взвешенных частиц в замкнутых пространствах важен не только для космических, но и земных ситуаций. Например, часто возникает необходимость предсказать распространение микрофлоры в самолете или в крупных общественных помещениях, таких как детские сады или кинотеатры. Использованные в проекте подходы можно использовать для выработки регламентов проветривания помещений. Речь может идти даже об изменении конфигурации пространств, с целью уменьшения возможности контакта людей со скоплениями микрофлоры. Подобные сценарии заражения можно заранее просчитать на математической модели, а затем модифицировать при необходимости внутреннюю конфигурацию пространства.

Напомним, в системе жизнеобеспечения БИОС-3 были проведены первые в мире эксперименты по замыканию биологического круговорота с экипажами из двух и трех человек. Самый длительный эксперимент, проведенный в 1972 году, продолжался 180 дней. В результате, ученым удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде. При этом система воспроизводила до 70% потребностей экипажа в пище.

Трехмерная модель герметичного объема, использованного в эксперименте по распылению космических микробов

Сейчас при поддержке Российского научного фонда красноярские ученые ведут эксперимент по отработке новых технологий замыкания цикла и жизнеобеспечения человека в космосе. Красноярские биофизики в настоящее время запустили годичный эксперимент с малой замкнутой экологической системой жизнеобеспечения, рассчитанный на небольшую долю присутствия человека. Участники эксперимента, не нарушая герметизации камер, с помощью специального шлюза, периодически «заходят» в камеры для взятия проб и ухода за растениями.

В результате таких исследований планируется разобраться в механизмах поддержания круговоротных процессов, которые необходимо знать для создания систем жизнеобеспечения человека с высокой степенью автономности. Подобные системы можно использовать как для создания внеземных баз при колонизации Луны или Марса, так и в труднодоступных регионах на Земле.

29 марта, 2024
Химический дисбаланс в организме может привести к хроническим заболеваниям
Цифровую систему, с помощью которой можно оценивать риск развития социально значимых заболеваний, со...
29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...