Микробы в космосе против людей и техники. Как они выживают на орбите? Интервью с биологом В.К. Ильиным

Замкнутое пространство космического корабля — идеальная среда для распространения микробов. Как они «завоевывают» эту территорию? Какие новые свойства появляются у бактерий, побывавших в космосе, и при каких условиях они теряют устойчивость к антибиотикам? Как меняется организм космонавтов во время полета и почему их собственные микробы могут стать перспективным лекарством? О микробиологических особенностях пребывания в невесомости нам рассказал заведующий отделом санитарно-гигиенической безопасности человека в искусственной среде обитания ГНЦ РФ — ИМБП РАН член-корреспондент РАН Вячеслав Ильин.

Справка: Вячеслав Константинович Ильин — доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий отделом санитарно-гигиенической безопасности человека в искусственной среде обитания и заведующий лабораторией микробной экологии человека Государственного научного центра РФ — Института медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН). Заслуженный деятель науки Российской Федерации (2025), лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники (2003).

— Если давать сравнительную оценку микробной обстановки в обычном помещении, например в этой студии, и в замкнутом пространстве космического корабля, в чем будет принципиальная разница?

— Есть как различия, так и общие черты. Главное отличие касается влияния невесомости на формирование бактериального аэрозоля. На Земле мельчайшие капли, выделяющиеся, например, при разговоре, чихании или кашле, быстро оседают на стены и пол и практически перестают работать как фактор передачи инфекции. Но в условиях невесомости такой аэрозоль будет существовать гораздо дольше и может стать основным путем распространения инфекции для микроорганизмов, передающихся воздушно-капельным путем, например различных стафилококков и ряда стрептококков.

— То есть в космосе аэрозоль практически не оседает?

— Там он более стабилен. Есть почти легендарная история, случившаяся на старой орбитальной станции «Салют-7». Экипаж покинул станцию, и некоторое время она летала без людей. Когда следующий экипаж прибыл на борт, его члены стали носителями тех самых стафилококков, которые остались от предыдущего экипажа. Система воздушно-капельного переноса в условиях невесомости оказалась настолько эффективной, что микробы сохранялись и передавались даже при отсутствии людей.

На Земле вентиляция и системы фильтрации существенно снижают количество микроорганизмов в воздухе. Кроме того, работает и оседание их на поверхность. В космосе же при всех надежных системах вентиляции риск воздушно-капельной передачи остается более высоким.

— В ИМБП РАН проводятся длительные изоляционные эксперименты: люди живут в замкнутом пространстве до года. Параллельно идет работа космонавтов на МКС. Можно ли говорить, что микробиологическая обстановка в наземном изоляторе и на орбите одинакова, или отсутствие гравитации вносит принципиальные отличия?

— Огромные отличия создает не только отсутствие гравитации, но и сама среда обитания. На старых станциях, таких как «Мир», микроорганизмы очень эффективно осваивали неметаллические поверхности: бортовую кабельную сеть, иллюминаторы, другие элементы. Бактериально-грибные ассоциации формировали значительные микробные очаги, в состав которых входили и патогенные для человека микроорганизмы. Они попадали на элементы среды обитания, осваивали их как альтернативный источник питания и делали это весьма успешно. Именно это явление послужило причиной разработки специальных средств и методов борьбы, которые сейчас успешно применяются на МКС.

— А на сами бактерии невесомость как-то влияет или она им совсем безразлична?

— Гравитация (или ее отсутствие) влияет в первую очередь не на сами микроорганизмы, а на их носителей — на капли влаги, те самые микрокапли, за счет которых происходит перенос инфекции. Сами же бактерии настолько малы, что отсутствие или наличие гравитации для них незначительно. Это как сбросить таракана с высоты: он «отряхнется и пойдет дальше». Так что фактор седиментации для микробов существенной роли не играет.

— Становится ли человек более подверженным влиянию микробов в условиях невесомости?

— Мы не имеем возможности детально отслеживать динамику изменений микробиоценоза человека на протяжении всего полета. Как правило, пробы с борта удается получить лишь один раз: либо вскоре после старта, либо перед самым возвращением на Землю. Но даже то, что мы видим в эти периоды, говорит о существенных изменениях.

Организм космонавта, да и любого человека в условиях изоляции, становится крайне чувствительным к внешнему проникновению микроорганизмов. Достаточно появиться на корабле группе посещения, как микроорганизмы от гостей быстро распространяются среди членов экипажа.

К счастью, к серьезным последствиям это не приводит: космонавты — очень здоровые люди, и они прекрасно переносят такие нагрузки. Но сам феномен повышенной чувствительности к чужеродной микрофлоре служит весьма хорошим маркером для понимания того, с чем мы можем столкнуться при межпланетном перелете. Ведь если организм космонавта так остро реагирует на микробов, привезенных всего лишь с Земли, что произойдет, когда он встретится с совершенно чужеродной биотой на другой планете?

— Я думала, что такой вариант даже не рассматривается. Разве встреча с другой микробиотой на чужой планете не обернется мгновенной гибелью? Ведь весь наш организм заточен под то, чтобы жить в совсем ином микробном окружении.

— Я не уверен, что все так фатально. Смертельный исход вовсе не неизбежен, если подойти к делу с умом. Наша задача — заранее позаботиться о том, чтобы колонизационная резистентность организма была достаточно высокой. Иными словами, естественные защитные барьеры человека должны быть настолько сильны, чтобы он либо полностью отторг неизвестный микроб, либо, в худшем случае, свел его вредоносное воздействие к минимуму.

— Интересно! Мне казалось, что людей, которые полетят к другим планетам, будут максимально защищать от любых контактов с местной микробиотой.

— От микробов все равно никуда не деться. Даже если мы будем существенно ограничивать контакт, эти организмы все равно попадут в среду обитания корабля, а из нее — в человека. Так что риск есть, и сбрасывать его со счетов нельзя. Нужно укреплять естественные барьеры колонизации. Их три: во-первых, мощный монослой протективной микрофлоры, которая есть у человека; во-вторых, хорошее физиологическое состояние покровных тканей и слизистых, не позволяющее патогену прикрепиться и проникнуть через эпителиальный слой; в-третьих, факторы клеточного и гуморального иммунитета, которые стоят на страже организма.

— В одном из своих выступлений вы говорили, что в замкнутом пространстве протективные бактерии начинают подавляться другими, патогенными.

— Действительно, такое явление отмечалось. Особую настороженность вызывает так называемый период острой адаптации — время, когда люди только попадают в замкнутый объект. В эти дни происходит усиленный взаимообмен не только самими микроорганизмами, но и генетическими факторами — плазмидами и транспозонами, определяющими устойчивость к антибиотикам и факторы патогенности. Эти элементы передаются между бактериями либо при прямом контакте (конъюгации), либо с помощью вирусов-бактериофагов. Особого внимания заслуживает процесс мобилизации генетических элементов. Неконъюгативные плазмиды, встроенные в геном клетки, не могут самостоятельно перемещаться. Однако с помощью конъюгативных плазмид они могут быть «вытащены» и перенесены в другой штамм. Так формируются полирезистентные культуры — по тому же принципу, что и внутрибольничные (нозокомиальные) инфекции. Этот механизм активно запускается именно в период острой адаптации или при внесении в замкнутое помещение нового микробного сообщества. В то же время отмечен и обратный процесс, когда в ходе полета микробы теряли свою устойчивость к антибиотикам.

— Каким образом?

— Представьте себе полирезистентную плазмиду, содержащую множество генов устойчивости к разным антибиотикам. Для того чтобы поддерживаться, ей нужен фактор отбора — прием антибиотика. Если антибиотики никто не принимает, клетке энергетически очень трудно содержать такую тяжелую генетическую структуру. Тогда при делении таких клеток дочерние получают все меньше детерминант устойчивости. Достаточно 30 пассажей культуры на простых питательных средах, и мы получим чувствительный клон, полностью свободный от резистентности.

В классических космических полетах без гостей извне, то есть без групп посещения, чувствительность к антибиотикам практически восстанавливалась. Бактериям просто энергетически невыгодно тащить за собой такой «тяжелый груз».

— Удивительно, что это происходит так быстро, буквально в рамках одного полета.

— Подчеркну: не просто одного полета, а продолжительного полета. Например, семи дней для того, чтобы это произошло, будет маловато, но тенденции, тем не менее, уже будут прослеживаться. Наиболее стабильна устойчивость к тетрациклинам, а резистентность к полусинтетическим пенициллинам, аминогликозидам, хлорамфениколу улетучивается довольно быстро. Есть и другая специфика. У грамотрицательных бактерий (например, у кишечной палочки) частота передачи плазмид устойчивости от донора к реципиенту в космическом полете возрастает на порядок. А у грамположительных стафилококков остается примерно на том же уровне. То есть для грамотрицательных бактерий получить полирезистентную культуру в космосе гораздо реальнее.

— Я беседовала с учеными, создающими медицинские приборы для космонавтов, и они рассказывали о компенсаторных механизмах: организм постепенно восстанавливает нарушенный в первые дни кровоток. А что-то подобное наблюдается в реакциях на микробов? Какие-то неочевидные адаптационные реакции, которых на Земле нет?

— В этой области есть очень интересные научные работы. В свое время мы сотрудничали с Тартуским университетом, с профессором Акиво Ленцнером. Его лаборатория лактобацилл была одной из сильнейших в Советском Союзе. Они исследовали лактобациллы, выделенные из слюны и фекалий космонавтов. И эти микроорганизмы демонстрировали великолепные пробиотические свойства: они вырабатывали бактериоцины (субстанции с очень широкой специфичностью действия) — уничтожали стафилококк, синегнойную палочку, шигеллу, сальмонеллу тифимуриум и даже патогенные дрожжи рода кандида. Некоторые из этих штаммов вошли в национальные коллекции, и на их основе впоследствии были созданы пробиотические препараты.

— А вы проводите подобные исследования?

— Мы работаем с теми культурами, которые были изолированы ранее. Чтобы найти новую культуру, депонировать ее и начать делать из нее пробиотик, нужно пройти очень длительные бюрократические и доказательные процедуры. Это сложный вопрос, и, чтобы им заниматься, необходимо сначала разобраться с уже имеющейся коллекцией.

— К слову об этом. У вас ведь есть свежая отлетавшая коллекция микробов с аппарата «Бион-М» № 2. Как вы работаете с ней?

— Коллекция, собранная в ходе полета «Бион-М» № 2 в 2025 г., не ограничивается только нашими образцами. Нам удалось объединить усилия практически всех ведущих микробиологических коллекций России. В проекте участвовали Оренбургский научный центр, Нижегородский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Н. Блохиной, Нижегородский медицинский университет, Санкт-Петербургский институт экспериментальной медицины, Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, биологический факультет МГУ, Сибирский федеральный университет и многие другие. В центре внимания были не только биотехнологически ценные культуры, но и экстремофилы: хемолитотрофы, термофилы и другие.

Мы поместили разные микроорганизмы внутрь куска базальта, имитирующего метеорит. Многие из них не выдержали температурных перегрузок, но, по сложившейся практике, выживает примерно 1%. Если бы выжили все, это было бы подозрительно; если бы не выжил никто — обидно. А этот один процент как раз и преподносит нам самые интересные объекты для исследований.

— После таких полетов микробы остаются теми же или у них появляются новые свойства?

— В ряде случаев действительно появляются. Например, в эксперименте «Биориск» (его ставит Светлана Викторовна Поддубко из ГНЦ РФ ИМБП РАН) на внешней поверхности МКС отмечались изменения и в генетическом аппарате, и в биохимических свойствах биокультур. У некоторых микроорганизмов становилось больше перегородок (септик), усиливалось кислотообразование. Для грибов повышенное кислотообразование означает, что они интенсивнее разъедают поверхность полимеров и кабельной сети, проникают в микротрещины, запускают туда гифы и развиваются дальше.

Микробы быстро эволюционируют, чтобы подстроиться к космическим условиям

— Каков максимальный срок нахождения человека в замкнутом пространстве, чтобы микробы принципиально не навредили его здоровью?

— Практика изоляционных экспериментов насчитывает уже более полувека. Начиная с 1969 г., когда трое участников впервые успешно провели годовой эксперимент с использованием регенеративных систем жизнеобеспечения, длительность таких исследований достигает года. Известны также проект «Марс-500» и полуторагодовой полет Валерия Владимировича Полякова в условиях реального космоса. Ни в одном из этих случаев не было зафиксировано системных дисбиозов, которые могли бы привести к серьезным последствиям — ни сразу по возвращении экипажей, ни в отдаленной перспективе.

— А неконтролируемое увеличение численности микробов в среде обитания — в самом корабле — возможно?

— Система мер, разработанная для контроля микробиологической обстановки на орбитальной станции, поддерживает количество микроорганизмов на приемлемом уровне. Работают фильтры, проводится периодическая обработка поверхностей специальными салфетками с биоцидными веществами. Устойчивых к этим средствам форм не обнаружено, все работает эффективно.

— Давайте подробнее остановимся на ваших исследованиях. Вы разрабатываете пробиотики, которые могут использоваться в космическом полете, верно?

— Мы занимаемся научно-исследовательской работой, в том числе оцениваем перспективность использования так называемых аутологичных пробиотиков (аутопробиотиков). Суть подхода в следующем: у человека изолируют его собственные протективные микроорганизмы, генетически доказывают их непатогенность (отсутствие островков патогенности), а затем на их основе создают препараты. Один из примеров — разработанная нами пародонтальная повязка на коллагеновой основе: полоску коллагена накладывают на поверхность десен, предварительно пропитав ее аутологичными штаммами лактобацилл, изолированными из глотки. Такая повязка великолепно вытесняет пародонтопатогенные бактерии из межзубного пространства. Другой пример — имитатор назального секрета (в народе — «искусственная сопля»), содержащий гиалуроновую кислоту, лизоцим, лактоферрин и аутологичную пробиотическую культуру. Этот препарат несколько лет успешно работал как протективное средство. Особого внимания заслуживает направление гинекологии. Вместе с Татьяной Валерьевной Припутневич из Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. ак. В.И. Кулакова мы провели очень интересные исследования активности аутопробиотиков с использованием Lactobacillus crispatus. Наконец, еще один яркий проект (совместный с Институтом экспериментальной медицины РАН и профессором Александром Николаевичем Суворовым) связан с экспериментом «Марс-500», где для оптимизации количественного и видового состава микрофлоры кишечника применялся аутопробиотик на основе Enterococcus faecium. Аутологичный вариант тогда показал себя гораздо эффективнее аллогенных препаратов.

— Эти разработки применяются только в космической медицине или могут использоваться в обычной практике?

— Наше дело — научно обосновать и рекомендовать для применения. Сегодня делаются попытки внедрения аутологичных пробиотических технологий в народное здравоохранение, но требования там очень высоки. Когда мы работаем в научно-исследовательских целях, это одна история, а когда речь идет о лекарственном препарате — совсем другая.

Руководители здравоохранения справедливо требуют сначала провести доклинические исследования на животных, затем клинические на человеке. Но как это сделать, если препарат глубоко индивидуален? Если разрешить использовать препарат после подтверждения, что он не содержит генов патогенности (без полноценных клинических испытаний), это устранило бы ключевое препятствие.

— Вы также добавляете пробиотики в пищевые продукты. Еще один интересный способ их применения.

— Да. Недавно мы провели успешный эксперимент с постбиотиком — неживой микробной массой. Нашу любимую культуру Enterococcus faecium L3 мы (вместе с коллегами из Института хлебопекарной промышленности и Институтом экспериментальной медицины РАН) закатали в хлебное тесто. Хлеб запекли, и в изоляционном эксперименте люди его с удовольствием ели. Постбиотик работал как хороший пребиотик. А если сделать аутопостбиотик — взять свои бактерии, умертвить их и испечь в хлебе, — будет еще лучше. Зная любовь наших соотечественников к хлебопечению и преломлению хлеба, думаю, такой препарат пойдет на ура.

— Вячеслав Константинович, заключительный вопрос: о чем бы вы еще хотели рассказать нашим читателям? Может, я не спросила вас о чем-то важном?

— Хочу упомянуть еще одно наше научное направление — работу с отходами. Сейчас средства личной гигиены в космосе одноразовые: салфетки, полотенца и т.д. Их выбрасывают в грузовой корабль «Прогресс», который потом отстыковывается от станции и сгорает вместе с содержимым. Система, конечно, великолепная, но для межпланетных полетов она не годится. Там «Прогресса» не будет, а отходы будут накапливаться. В рамках проекта «Биоэкономика» под руководством НИЦ «Курчатовский институт» мы пытаемся создать новую систему утилизации. В эксперименте на «Бионе» мы вместе с коллегами из Пущина (Институт физиологии и биохимии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, профессор Виктория Артуровна Щербакова) показали, что уже в мезофильном режиме (при 30 ℃) можно перевести твердую массу отходов в жидкую, а затем доочистить раствор до состояния «серой воды», пригодной для полива растений. И то и другое было проделано во время космических полетов на «Бионах» — и везде успешно. Надеюсь, эти работы принесут еще много других полезных результатов.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ