Невесомость — это боль. Даже кишечная палочка не вывозит жизнь на орбите

Ученые из Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL) завершили эксперимент на борту Международной космической станции, который показал, как невесомость меняет работу микробов на базовом уровне. Оказалось, что микрогравитация не просто замедляет рост микроорганизмов, а глубоко перестраивает их обмен веществ. В результате биологическое производство в космосе становится гораздо менее эффективным, что важно для будущих длительных миссий за пределами околоземной орбиты.

Эксперимент проходил в рамках проекта MELSP (Melanized Microbes for Multiple Uses in Space), запущенного на МКС в ноябре 2023 года. Его цель была практической: понять, смогут ли специально модифицированные микроорганизмы стабильно производить полезные вещества в условиях космоса. В качестве модели ученые выбрали меланин — биополимер, известный своими защитными свойствами. Он экранирует радиацию, работает как антиоксидант и устойчив к высоким температурам, что делает его перспективным материалом для будущих космических баз и длительных полетов.

В эксперименте использовали генетически модифицированные бактерии Escherichia coli, которые способны синтезировать меланин с помощью специального фермента тирозиназы. Образцы выращивали на МКС и параллельно на Земле в одинаковых условиях, чтобы можно было напрямую сравнить результаты.

Формально бактерии в космосе продолжали вырабатывать нужный фермент, но реальное количество меланина оказалось заметно ниже, чем у земных образцов. Это стало неожиданностью для исследователей: сама «производственная линия» внутри клетки работала, но итоговый продукт образовывался совсем не так эффективно.

Дальнейший анализ показал, в чем причина. Проблема была не в ферментах, а в нарушении транспортных процессов внутри клетки. Для синтеза меланина бактериям нужен тирозин — исходное вещество, которое должно поступать внутрь и перерабатываться. В условиях микрогравитации изменяется поведение жидкостей, диффузия и движение молекул. В итоге клетки хуже поглощают нужные соединения и менее эффективно их используют, даже если все внутренние механизмы синтеза формально сохранены.

Одновременно ученые зафиксировали признаки сильного клеточного стресса. У бактерий активировались защитные системы, связанные с борьбой с окислительным повреждением, восстановлением ДНК и поддержанием дыхательных процессов. В химическом составе клеток увеличилось количество молекул, связанных со стрессовой реакцией, например трегалозы, и снизился уровень глутатиона — важного вещества, которое защищает клетку от повреждений. Проще говоря, микроорганизмы в космосе начинают скорее выживать, и ресурсы организма уходят на поддержание жизнеспособности, а не на синтез полезных материалов.

Чтобы убедиться, что эффект действительно связан с микрогравитацией, а не с какими-то случайными факторами полета, команда провела дополнительные эксперименты на Земле. Для этого использовали специальный биореактор Rotating Wall Vessel, который имитирует условия низкой гравитации за счет особого режима вращения жидкости. Результаты оказались очень похожими: снижение выработки меланина, изменения в обмене веществ и ухудшение общего состояния клеток.

По сути, исследование показало важную вещь: создание «космических биофабрик» — это не только вопрос генной инженерии. Недостаточно просто встроить в бактерию нужные гены. Нужно учитывать физику среды: отсутствие конвекции, другое движение жидкостей, особенности переноса питательных веществ и постоянный стресс для клеток.

Ученые уже обсуждают возможные решения. Среди них — перестройка транспортных систем внутри клеток, снижение метаболической нагрузки, а также разработка специальных биореакторов для космоса, которые смогут компенсировать отсутствие гравитационного перемешивания и обеспечить нормальную циркуляцию питательных веществ. Время покажет, какой из этих методов окажется эффективнее.