Как живется внеземным микробам

Международная космическая станция (МКС) на данный момент является единственным местом за пределами атмосферы, где на протяжении длительного времени поддерживаются условия, пригодные для жизни. Обычно продолжительность пребывания на ней среднестатистического участника экспедиции составляет около полугода, и лишь в 2015-2016 гг. космонавт Михаил Корниенко и астронавт NASA Скотт Келли (Scott Kelly) проработали на борту орбитального комплекса почти год. Однако имеются там и «постоянные обитатели» – микробное сообщество, сформировавшееся за время эксплуатации МКС. Оно является предметом пристального внимания микробиологов и генетиков, занимающихся изучением внеземной жизни.

Конечно же, срок жизни отдельного микроба (в подавляющем большинстве они относятся к прокариотам, то есть в их клетках отсутствует ядро и мембранные органеллы) намного меньше времени существования космических аппаратов, но количество делений прокариотической живой клетки фактически не ограничено, и в космосе уже давно существуют отдельные генетические последовательности, характерные именно для этой среды обитания. Для начала исследователям необходимо было установить характер биоразнообразия микробного сообщества МКС. Оно не вполне изолировано от земного, поскольку время от времени пополняется за счет микроорганизмов, «прибывающих» вместе с космонавтами и грузами с Земли. Ранее считалось, что первая категория должна быть более многочисленной, поскольку человек является весьма благодатной средой для обитания огромного количества микробов, часто составляющих до одной десятой массы его тела. Многие из них не просто являются нашими постоянными спутниками от рождения до смерти, но и жизненно важными симбионтами, активно участвующими в обмене веществ и в защите человеческого организма от неблагоприятных внешних факторов. Такова, например, кишечная палочка, играющая важную роль в усвоении питательных веществ из пищевых продуктов.

Недавно в журнале PeerJ были опубликованы результаты исследований микробного разнообразия МКС, осуществленных в 2013-2014 гг. в ходе 39-й длительной экспедиции в рамках проекта MERCCURI (Microbial Ecology Research Combining Citizen and University Researchers on ISS). Эксперимент заключался в периодическом отборе проб с поверхностей в 15 различных точках орбитального комплекса. Координировал его представитель Японского агентства космических исследований JAXA Коичи Ваката, обработкой полученных данных занимались сотрудники Калифорнийского университета в Дэвисе (University of California, Davis).

К большому удивлению ученых, состав микробного сообщества МКС оказался больше похож на пробы с поверхностей в домашних хозяйствах, чем на образцы человеческой микробиомы. Несмотря на то, что наиболее распространенные бактерии, как и ожидалось, были связаны с человеком (например, 18,3% среди них составляют актиномицеты, а 14% относятся к стафилококкам), все же их относительная концентрация «за пределами» тел членов экипажа ненамного отличалась от земных жилых помещений.

Но самым важным открытием, по словам ведущего автора исследования Дженны Лэнг (Jenna Lang), стал тот факт, что микробное сообщество, длительное время существовавшее вне Земли в условиях повышенного радиационного фона и с весьма ограниченным поступлением «привычных» питательных веществ, как ни странно, практически не продемонстрировало признаков деградации, поддерживая свое разнообразие на достаточно высоком уровне. Таким образом, теперь мы можем сказать, что земные микроорганизмы обладают мощным потенциалом для поддержания биологического равновесия даже за пределами «родной» среды обитания и способны стать верными спутниками человека на его пути к другим звездам.

Другое исследование посвящено гипотетической возможности возникновения в условиях космоса высокопатогенных микроорганизмов, представляющих опасность для человека. Его осуществляет команда ученых из Северо-западного университета (Northwestern University, Evanston, Illinois) и Космического центра имени Джонсона (Johnson Space Center, NASA). Они отслеживают изменения, происходящие в наиболее распространенных на МКС бактериях на генетическом уровне. На основании сравнения 189 геномов «космических» микробов с их земными аналогами исследователи пришли к интересному выводу: мутации у них действительно наблюдаются, причем довольно серьезные, однако они не приводят к увеличению патогенности – практически все они направлены на улучшение приспособляемости бактерий к новой, непривычной окружающей среде.

В принципе, нельзя сказать, чтобы условия этой среды были слишком жесткими: основными факторами риска на борту МКС являются более высокий уровень радиации и невесомость (точнее, микрогравитация). Температура и влажность в помещениях станции почти постоянна и при этом достаточно комфортна, состав атмосферы мало отличается от земного воздуха. Тем не менее, эволюция микроорганизмов там все равно идет, причем не в том направлении, как у их «собратьев», оставшихся на Земле. Во всяком случае, можно сделать вывод, что бактерии, изначально не бывшие «враждебными» по отношению к человеку, вряд ли станут таковыми в космосе. Возможно, в их генах уже заложен некий защитный механизм, обеспечивающий их оптимальную совместимость с «носителем» при самых различных внешних условиях.

Но если отсутствие патогенных мутаций у золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), обитающего на коже человека, можно объяснить его «совместимостью», то бактерия Bacillus cereus, которая встречается в почве и при попадании в пищевод способна вызывать токсикоинфекцию, в результате естественного отбора в менее пригодной для жизни среде вполне могла бы стать более «агрессивной», чего на самом деле не произошло. По мнению одного из авторов исследования Райана Блаустейна (Ryan Blaustein, Northwestern University), это связано с тем, что эволюционные механизмы, приводящие к росту патогенности, отличаются от задействуемых при необходимости приспособления к новым условиям, и в примитивных организмах оба процесса просто не могут происходить одновременно. Так или иначе, это открытие является еще одной хорошей новостью для будущих космических путешественников, и опасения по поводу того, что микробы, уже случайно занесенные на Марс плохо простерилизованными автоматическими аппаратами, со временем превратятся в страшное смертоносное бактериологическое оружие, скорее всего, не имеют под собой основания.