Российские ученые пытаются «взломать» гены уникальных микробов с Северного Кавказа: «Чтобы человек мог жить на Марсе»
Планы Илона Маска по колонизации Марса последние несколько лет вызывают дикий восторг у любителей научной фантастики. И определенный скепсис у людей от науки. Напомним, по планам Маска первый корабль его компании Space X в 2022 году должен отправиться на красную планету с грузом. А затем вернуться, чтобы доставить на Марс первых землян. Предполагаемый старт - 2024 год. Путь в одну сторону должен занять около года.
Так вот. Почему, собственно, недоумевают многие ученые... В фантастических книгах и фильмах люди каким-то волшебным образом научились преодолевать космическую радиацию и шпарят на своих легоньких звездолетиках из системы в систему. На Земле нас от этой радиации оберегает геомагнитное поле. А вот там, за пределами атмосферы, все очень сложно. Космические лучи, вспышки на Солнце - разовые дозы могут в сотни раз превышать любые земные аномалии. Собственно, даже на поверхности того самого Марса человека облучает в 50 раз сильнее, чем, скажем, на урановых шахтах.
Нынешние космонавты тоже получают космическое радиационное облучение. Но МКС все же находится в зоне действия магнитного поля Земли, а в открытом космосе радиация в 3-4 раза выше. Эксперты подсчитали, что во время полета на Марс и обратно (это если почти сразу отправиться назад) любой землянин «наберет» около 1000 миллизивертов. Это максимально допустимое количество радиации для космонавта за всю жизнь. Если же не возвращаться, то после долгого полета в открытом космосе человек сможет прожить на самом Марсе не больше пяти лет...
В общем, преодолевать последствия космической радиации человечество пока не научилось. Поэтому мы пока и не летали на Марс или Венеру, не говоря уже о более далеких планетах.
Однако уже совсем скоро все может измениться. Наука, в том числе российская, усиленно работает над решением проблемы. А помочь нам, человекам, должны земные существа, которых без микроскопа и не разглядишь.
СИМУЛЯЦИЯ КРАСНОЙ ПЛАНЕТЫ
- Уникальное микробное сообщество мы привезли из сверхглубокого подземного тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории на Северном Кавказе, - рассказывает Елена Кравченко, кандидат биологических наук, начальник Сектора молекулярной генетики клетки Лаборатории ядерных проблем им. В.П. Джелепова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Этот институт уже больше 60 лет работает в подмосковной Дубне. И здесь все это время идут исследования не только для нужд «оборонки», но и по многим другим направлениям. В том числе и по части здравоохранения.
Баксанская нейтринная обсерватория (БНО), о которой идет речь, - уникальный научный центр, который находится в Кабардино-Балкарии. Подземные лаборатории спрятаны под горами Приэльбрусья - тоннели уходят на четыре километра вглубь.
- Невероятное место, - продолжает Кравченко. - Там, внизу, есть вулканический очаг, горячий и очень соленый источник, в котором мы нашли удивительное микробное сообщество. То есть, с точки зрения человека там жутко. Темно, очень жарко, душно, испарения. Жить невозможно. А вот это микробное сообщество как-то научилось выживать. Наши сотрудники Михаил Зарубин и Алена Яхненко собрали образцы и привезли к нам в лабораторию, чтобы прочитать их геномы. Кстати, мы с удивлением нашли в этом сообществе около десятка новых родов и видов микробов, которые раньше еще не были описаны наукой.
- А зачем вам читать геномы каких-то там одноклеточных существ?
- Эти глубокие подземные условия, где они живут, - самая близкая симуляция условий других планет, например, Марса. Мы предполагаем, что если на красной планете и осталось что-то живое, то оно находится на больших глубинах, где еще есть остаточное тепло. То есть примерно то же самое, что и в тоннеле БНО - подземная жизнь, нет света, нет фотосинтеза. Мы анализируем естественные природные сообщества на Земле и можем представить, что происходит на планетах вроде Марса, где на поверхности жизни нет. А при анализе генома баксанских микробов мы можем понять, как они синтезируют полезные вещества, как утилизируют их.
По словам ученого, любые виды экстремофилов (так называют живые существа, которые способны жить в экстремальных условиях) интересны, прежде всего, для космической отрасли. И неспроста.
«ВСЕ УМРУТ, А Я ОСТАНУСЬ»
- Вы что-нибудь слышали про тихоходок? - спрашивает Кравченко, открывая на компьютере несколько картинок. - Есть такие зверюшки на Земле, из серии «все умрут, а я останусь».
По мне тихоходка внешне похожа на чудище из фильма ужасов про (кстати) космос. Что-то вроде массивной личинки жука с четырьмя парами лапок, каждая из которых заканчивается когтями. Глаз не видно. Вместо рта - какой-то круглый «пылесос». Правда, для человека тихоходка не опасна - она размером меньше миллиметра. Невооруженным взглядом разглядеть сложно. Живет по всей планете прежде всего во мхах и водорослях. У тихоходок (ученые их еще называют «водяными медведями») есть и дыхательная система, и «кровь». То есть, это одно довольно сложное существо.
Но главное, что тихоходки практически бессмертны. В том смысле, что могут выживать в самых невероятных условиях. В случае чего впадают в анабиоз и в таком состоянии сохраняются годами.
Описанные случаи:
- Тихоходки «ожили» после 20 месяцев, проведенных в жидком кислороде при температуре -193 градуса.
- 10 часов жизни при нагревании до +65 градусов. Час - при температуре свыше +100.
- 50% испытуемых тихоходок выживают при облучении 5700 зивертов (для человека смертельная доза - 4-5 зивертов).
А в космосе совсем уж чудеса начались.
10 ДНЕЙ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ БЕЗ СКАФАНДРА
- Ученые поставили на тихоходках еще один эксперимент. Их доставили на орбиту и «вывели» в открытый космос. Без скафандров, естественно. Тихоходки провели в космосе несколько дней. Они «выкинули» всю лишнюю воду, сжались в комочки, впали в анабиоз. Но когда их вернули на Землю, посадили в питательную среду, все эти тихоходки снова ожили. А в космосе ведь не только нет воздуха, но и радиационное излучение. Какое земное существо еще так сможет?!
Над разгадкой живучести водяных мишек сейчас бьются ученые многих стран мира. В Дубне тоже полным ходом идут исследования.
- Мы синтезировали ген, который кодирует тот самый белок «радиационной защиты» тихоходок - Dsup (от англ. damage suppressor - подавляющий повреждения). Сейчас пытаемся понять, сможем ли мы, люди, так же использовать этот белок, чтобы защититься от радиации, летать к дальним планетам и осваивать космос. Сейчас у нас в открытом космосе нет защиты даже внутри космических кораблей. Есть предложения, как снизить дозу облучения во время дальних перелетов, но все они пока не осуществимы. Например, предлагается, чтобы в обшивке корабля была вода толщиной в один метр (такой экран из воды в несколько раз ослабляет излучение, - Авт.). Но столь тяжелый объект будет сложно поднять в космос. Или есть возможность накачивать людей радиопротекторами (веществами, которые ослабляют лучевое воздействие, - Авт.), но они очень токсичны. Или нужно очень быстро лететь, чтобы снизить время воздействия космической радиации на организм. Но таких технологий пока нет.
МИССИЯ-2023
Так что слово за тихоходками. Осталось только понять, может ли человек как-то использовать этот самый белок их живучести Dsup.
- Сейчас мы проверяем побочные эффекты этого белка, есть ли они, если есть, то какие, - говорит ученая. - Сначала действие белка должно быть проверено на модельных организмах. Мы работаем над тем, чтобы этот белок вставить в культуру человеческих клеток. То есть, это отдельные клетки человека, которые выращиваются в контролируемых условиях. Они этот белок Dsup внутри себя производят. Есть еще модельный объект - плодовая мушка, дрозофила, на изучении которой построена вся классическая генетика. Мы создали линии дрозофил, вырабатывающих белок Dsup, облучили их гамма-квантами на установках Объединенного института ядерных исследований и выяснили, что у них заметно увеличивается радиорезистентность (выживаемость после воздействия ионизирующего излучения, - Авт.) и мы сейчас проверяем, есть ли побочные эффекты от присутствия этого белка в клетке.
- То есть тихоходка - это наш билет в Большой космос?
- Возможно. В 2023 году исследовательская программа России планирует запустить научный спутник. Мы попробуем попасть в эту программу и вывести в космос наши модельные объекты, которые будут защищены белком Dsup. А там уж посмотрим, какие будут результаты.
А В ЭТО ВРЕМЯ
Тихоходки уже на Луне!
В 2019 году на Луне произошло ЧП - израильский луноход «Беришит» разбился при посадке. На борту находились тихоходки. Считается, что они могли попасть в лунный грунт.
- Получается, что Луна теперь заражена тихоходками. И это безобразие на самом деле, - говорит Елена Кравченко. - Ну как можно земную жизнь вот так раскидывать по космосу? Очень правильно, что ученые собираются вернуться за этими тихоходками, собрать их и привезти назад для изучения. Но неясно, насколько это возможно - собрать всех. Лично я уверена, что тихоходки на Луне выживут.
КСТАТИ
Чем еще могут быть полезны новые виды микроорганизмов
- Сейчас большое число веществ, которые мы с вами так или иначе употребляем, синтезируются в промышленных масштабах именно бактериями, - говорит Елена Кравченко. - Это огромная биотехнологическая работа. На заводах биомасса живет в огромных реакторах синтезирует витамины, аминокислоты и ферменты. В баксанских микроорганизмах, которых мы сейчас изучаем, тоже может быть какой-то новый метаболит, который люди смогут использовать для своих нужд. Размножать эти микробы просто так мы не можем - для этого нужны привычные им вулканические воды, высокая температура, соленость. Но мы можем прочитать их геномы (наследственные материалы, которые содержатся в клетке, - Авт.), расшифровать гены, определить их функции, вставить наиболее интересные или полезные для биотехнологии гены в стандартные лабораторные организмы и передать их в производство.
