Научные споры: устойчивые к радиации грибы помогут выращивать пищу в космосе
Ученые нашли живые организмы — грибы нескольких видов — в центре исследовательского реактора ИБР-2 в Дубне. Теперь они проводят исследование их генома, чтобы выяснить, какие особенности помогли им выжить при радиационном фоне, в 16 раз превышающем смертельную дозу для человека. Возможно, будут найдены мутации в генах, которые приводят к такой высокой устойчивости. Впоследствии можно будет клонировать эти гены и внедрять их в другие организмы, чтобы добиться аналогичного эффекта, считают опрошенные «Известиями» эксперты. Это будет полезно для создания устойчивых к радиации сельхозкультур, которые можно будет выращивать в условиях космоса при дальних миссиях.
Грибы в реакторе
Ученые сектора молекулярной генетики клетки лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) обнаружили, что в центре исследовательского реактора ИБР-2 при радиационном фоне за сутки, в 16 раз превышающем смертельную дозу для человека, присутствуют живые организмы — грибы нескольких видов.
Научная группа проводит исследование, посвященное тому, какие именно генетические механизмы позволили грибам приспособиться к выживанию в настолько суровых условиях. В дальнейшем ученые планируют сделать повторный поиск на реакторе представителей этого и других царств живой природы. Работа специалистов уникальна тем, что удалось разработать систему пробоотбора и произвести сбор образцов максимально близко к самому «сердцу» ядерного реактора и проверить, обитают ли там живые организмы.
— Радиационный фон в зоне реактора ИБР-2 есть всегда: в этом году в неактивном состоянии реактора фон составлял около 160 Грей в сутки. Таких показателей нет нигде в природе. Для сравнения: для человека доза в 10 Грей смертельна, — рассказала начальник сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ Елена Кравченко.
В то же время на ИБР-2 есть возможность подобраться почти к самому центру реактора, где находятся топливные элементы. Туда подходят каналы различных исследовательских установок, при этом некоторые каналы находятся сразу за стенкой активной зоны реактора.
Для пилотного эксперимента по отбору образцов начальник сектора астрофизических исследований ЛЯП ОИЯИ Артур Бородин изготовил и запрограммировал автоматический бокс — герметичную коробочку, внутри которой находилась чашка Петри с питательной средой. Закрытая тара, предварительно простерилизованная в лаборатории, была доставлена в дальнюю часть канала №3. Достигнув ближайшей к реактору точки (менее полуметра от активной зоны), бокс автоматически открылся на 24 часа, затем вновь закрылся и был транспортирован обратно.
В отношении грибов и бактерий такой метод пробоотбора эффективен, так как их споры и клетки способны попасть в лабораторную емкость с питательной средой из воздуха в точке отбора. Чашки, побывавшие в зоне ИБР-2, были наполнены стерильной питательной средой, подходящей для роста и развития грибов определенных видов.
— К нашей радости, уже в первом эксперименте на чашке выросло семь видов грибов, — отметила Елена Кравченко.
Грибы выросли практически сразу из активных, жизнеспособных клеток: буквально на следующие сутки у ученых уже имелись небольшие колонии.
Зачем исследовать живые организмы в зоне радиации
Основная проблема, которую решают ученые, — каким образом живой организм приспосабливается к экстремально высоким дозам радиации. Для этого необходимо определить, какие гены и каким образом расположены в геноме. После того, как они будут размечены, ученые проведут эксперименты со всеми обнаруженными видами. Затем генетики выделят РНК из клеток грибов с контрольных и облученных чашек и проанализируют, какие гены активируются в ответ на действие радиации.
— Зная, какие гены ответили, мы сможем сказать, какие механизмы адаптации смог выработать организм в ходе естественного отбора и суровых условий существования, — пояснила Елена Кравченко.
Также в дальнейших планах ученых — отправить в зону реактора ИБР-2 чашки Петри с питательными средами для других организмов до и после запуска реактора.
Такие исследования, помимо их фундаментальной научной важности, будут полезны в будущем для планирования дальних пилотируемых космических полетов, например, станет возможным модифицировать сельскохозяйственные культуры, с тем чтобы выращивать их на космическом корабле во время полета, отметила Елена Кравченко. Также радиационно устойчивые организмы смогут помочь в очистке загрязненных радионуклидами территорий на Земле, а механизмы радиопротекции, разработанные ими, помогут в защите здоровых тканей вокруг раковой опухоли при ее облучении.
По словам заведующего лабораторией молекулярной и клеточной биотехнологии УрФУ Александра Ермошина, в ходе исследования грибов можно решить фундаментальную научную задачу и выяснить, какие гены вовлечены в механизм защиты от радиации и какие белки при этом образуются.
— Возможно, будут найдены мутации в генах, которые приводят к такой высокой устойчивости. Тогда можно будет клонировать эти гены и внедрять их в другие организмы, чтобы добиться аналогичного эффекта. Так как эти микроорганизмы адаптированы к высоким дозам радиации, они наверняка накапливают какие-то химические вещества, которые позволяют им выживать в стрессовых условиях. Грибы можно использовать как продуценты для наработки таких веществ и потом использовать их как терапевтические или протекторные препараты, — сказал ученый «Известиям».
Эти исследования имеют важное значение в решении задачи обеспечения продовольствием орбитальных комплексов, рассказал «Известиям» руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet (Фуднет) НТИ Сергей Косогор. Подобные исследования подчеркивают, что спонтанные мутации, возникающие в результате воздействия различных условий окружающей среды, традиционно являются катализатором эволюции всех живых организмов.
— Много лет уже изучаются суровые условия космоса и его влияние на семена и растения, анализируется способность растений противостоять радиации и то, как изменения растений под воздействием космической радиации могут повысить устойчивость и помочь решить вопрос выращивания сельскохозяйственных культур в космическом пространстве, улучшить свойства культур, запустить нужные человеку процессы, — сказал эксперт.
Изучение ядерных методов, которые положительно повлияют на грибы, может стать основой выращивания в космосе культур, которые не будут влиять на здоровье людей, и поможет найти подходящие и экономически эффективное решение обеспечения едой пилотируемых космических объектов. Оно позволит понять, оказывают ли условия космоса, включая космическое излучение, положительное воздействие на свойства сельскохозяйственных культур и могут ли они потенциально принести пользу людям на Земле, сказал он.
На исследования радиорезистентности грибов, найденных в зоне реактора ИБР-2, у ученых сектора уйдет несколько лет. Получаемые результаты станут уникальными, подобных экспериментов пока не проводилось нигде в мире, подчеркнули специалисты.