Биотехнологические эксперименты в космосе давно уже переросли стадию художественного вымысла: именно благодаря им можно создать замкнутую систему жизнеобеспечения космонавтов, узнать, как на клетки и организмы влияют жесткое излучение и микрогравитация, испытывать новые разработки в сфере медицины, биологии и биобезопасности. В преддверии Форума будущих технологий, темой деловой программы которого станет «Биоэкономика для человека», рассказываем об экспериментах и перспективных исследованиях российских ученых и препятствиях на их пути.
Освоение космоса — многофакторная задача, решение которой требует знаний и работы на стыке десятков научных направлений. Искать ответы на технические вопросы и исследовать, как нахождение на орбите и космические путешествия повлияют на человеческий организм, важно, но недостаточно. Необходимо еще и создать безопасную и приближенную к привычным условиям нашей биосферы среду обитания, чтобы во время перелета, на орбите и даже на других планетах экипаж был как можно более самодостаточным. Этой цели помогли бы достичь биорегенеративные системы жизнеобеспечения, разработке которых будет посвящена сессия «Вне Земли: биотехнологии и космос», которая пройдет 26 февраля на Форуме будущих технологий. В мероприятии примет участие научный руководитель ФИЦ Биотехнологии РАН, академик Владимир Попов. Разберемся в некоторых аспектах темы космических биотехнологий, которая еще недавно казалась фантастикой.
Биотехнологии на орбите: от инфраструктуры до маркетинга
Большое внимание в космической промышленности уделяется созданию новых систем производства. «В мире все больше частных и государственных инициатив в области космических биотехнологий фокусируются на создании инфраструктуры для проведения исследований: орбитальных биолабораторий, автоматизированных фитотронов и, например, специализированных систем "лаборатория на чипе". Компании видят большие перспективы в данном направлении, так как космос, а именно микрогравитация, создает отличающуюся научно-производственную среду для получения продуктов с уникальными характеристиками», — рассказывает Антон Костинов, сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН, руководитель экспертно-аналитической практики Ассоциации «ТП БиоТех2030».
Среди самых востребованных направлений эксперты выделяют исследования, которые позволят космонавтам как можно дольше прожить без новых поставок с Земли. Людям на орбите или, в перспективе, на других небесных телах потребуются не только кислород и питательные вещества, но и вакцины, лекарства и защита от вредного излучения и токсичных веществ. Эти вопросы способны решить биотехнологии.
Некоторые разработки в этой области имеют коммерческий потенциал и на Земле. Более того, при грамотном использовании «космического» маркетинга исследования и продукты, упомянутые в этом контексте, получают широкий отклик и становятся популярны у аудитории. Ярким примером стала реклама лабораторных тестов, которые сдают космонавты. Благодаря этому «космическому» маркетинговому подходу компания «ИНВИТРО» смогла привлечь 2,5 миллиона за год, хотя технологии самого теста даже не были связаны с космосом.
«Биотехнологическая Одиссея»: из фантастики в реальность
«Наши космические биотехнологические эксперименты давно переходят из области фантастики в область решения наших земных проблем, потому что космос — это экстремальная лаборатория с жесткими ограничениями», — подчеркнул участник сессии «Биотехнологическая Одиссея» на форуме «БИОПРОМ», командир отряда космонавтов, Герой России Олег Кононенко, инструктор-космонавт-испытатель, заместитель начальника ЦПК им. Ю.А. Гагарина.
Многие эксперименты касаются получения пищи для космонавтов. Различные виды микроорганизмов могут легко размножаться в биореакторах и служить источником белка и витаминов, а зеленая одноклеточная водоросль спирулина во время фотосинтеза еще и поглощает углекислый газ, выделяя кислород. Именно ее российские ученые выбрали для эксперимента «Фотобиореактор». В нем водоросли растут в сменных модулях с автоматизированным освещением и подачей питательных веществ.
Другой интересный российский проект — технология получения свежих кисломолочных продуктов в космосе при помощи бактериальных культур. Такой пробиотик может стать функциональным продуктом питания, полезным для кишечной микрофлоры и иммунитета.
Для очистки воздуха на космической станции или корабле от микроорганизмов российские ученые разработали прибор «Электронный нос» — газовую сенсорную систему на основе искусственного интеллекта. Благодаря ему можно будет не делать пробы вручную, чтобы затем анализировать их на Земле, а находить микроорганизмы, распознавать их и определять их количество прямо на месте. В паре с «Электронным носом» над очисткой воздуха может работать система для фотокаталитической минерализации. В фильтре находится специальное вещество-фотокатализатор, которое активируется ультрафиолетом. Когда через систему проходит воздух, ультрафиолет разрушает органические загрязнители и очищает его от микроорганизмов и вирусов размером меньше нескольких десятков микрометров.
Еще одна важная задача — контроль качества питьевой воды космонавтов. Стандартный химический анализ, который проводится для этого на МКС, имеет недостатки: он не позволяет определить неизвестные загрязнители и комбинации токсичных компонентов. Российские ученые разработали и опробовали новый метод, где в качестве индикатора выступают флуоресцентные бактерии, которые в присутствии опасных веществ начинают светиться слабее.
На этом список тем для исследований не заканчивается. На орбите российские ученые тестируют и апробируют перспективные разработки в разных направлениях биотехнологий. Это и технологии 3D-биопечати живыми клетками, и препараты, стимулирующие рост растений, и изучение влияния новых условий на рост винных дрожжей и активность различных ферментов, и многое другое.
Бег с препятствиями: как не отстать в космической гонке?
С одной стороны, орбитальные станции и космические аппараты предоставляют уникальные условия для экспериментов. Действие микрогравитации на поведение клеток и кристаллизацию различных белков — еще одна перспективная тема, изучение которой может привести к медицинским прорывам. С другой стороны, эти же условия на практике создают неожиданные трудности для исследователей. Многие живые организмы полагаются на притяжение Земли во время роста, поэтому на орбите их развитие может нарушаться. Некоторые микроорганизмы могут агрессивно и неконтролируемо размножаться при микрогравитации, и за ними нужно тщательно следить, чтобы избежать опасности. В культиваторе из-за микрогравитации возникают проблемы с пеногашением и аэрацией, так как пузырьки воздуха ведут себя не так, как на Земле. В экспериментах с выращиванием водоросли спирулины ученым удалось организовать приток питательной среды, поддерживать температуру и освещенность на нужном уровне, но контролировать отток кислорода оказалось гораздо сложнее.
На нестандартных условиях работы сложности исследований на орбите не заканчиваются. Мало создавать космические биотехнологии: нужно развиваться достаточно быстро и преодолевать препятствия, которые мешают использовать разработки на орбите. В космических исследованиях у России есть хороший задел, когда-то позволивший превратить наши достижения в предмет национальной гордости. Однако над внедрением результатов и развитием предпринимательской деятельности в отрасли предстоит еще много работать. Для сокращения разрыва между современными научными знаниями и технологиями нужно создавать новые механизмы поддержки и привлечения инвестиций.
Путь от первых экспериментов, которые доказывают принципиальную возможность получения биотехнологического продукта, до его реального применения на орбите может быть длинным. Но пройти его необходимо: по мнению экспертов, если Россия не сделает этого в ближайшие 5–7 лет, она рискует оказаться в положении Португалии, которая открыла Америку, но не смогла сохранить там лидирующие позиции. За этот срок нужно успеть перестроить как внутреннюю систему, так и сферу участия в глобальной космической кооперации, чтобы безвозвратно не отстать в этом стремительно развивающемся направлении.
Информация предоставлена пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН
Источник фото: ru.123rf.com
