Биопленки могли положить начало жизни на Земле и поддерживать ее в космосе

Фото из открытых источников

Как можно использовать сообщества микроорганизмов, известные как биопленки, которые, как предполагается, сыграли роль в зарождении ранней жизни на Земле, для исследования космоса? Именно на этот вопрос направлено исследование, опубликованное в журнале npj Biofilms and Microbiomes, в рамках которого международная группа исследователей изучила преимущества и недостатки использования биопленок в космических полетах. Это исследование потенциально позволит ученым лучше понять роль биопленок в космических полетах, одновременно снижая риски для здоровья космонавтов.

Для исследования ученые сначала изучили долгую и сложную историю и характеристики биопленок, включая их вклад в зарождение ранней жизни на Земле, сложные формы жизни, здоровье человека и производство растений. Что касается космического полета, исследователи рассмотрели, как космический полет нарушает структуру и функции биопленок, влияет на взаимодействие кишечника и биопленок, а также как микрогравитация влияет на взаимодействие ризосферы и биопленок, при этом ризосфера — это зона, где взаимодействуют корни, микробы и почва.

Наконец, исследователи изучили потенциальные области применения биопленок в космических полетах на основе данных, полученных из Открытого научного хранилища данных НАСА (OSDR), которое способствует созданию общедоступной и инклюзивной модели проведения научных исследований. Эти потенциальные области применения включают прецизионную и регенеративную медицину, а также улучшение сельского хозяйства за счет повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур при одновременном сокращении использования химических пестицидов. В исследовании отмечается, что биопленочные сообщества могут быть разработаны для производства фармацевтических препаратов непосредственно на месте, что позволит снизить потребность в поставках медикаментов с Земли.

«Биопленки поддерживали жизнь с первобытных времен Земли», — отмечается в заключении исследования. «Встроенные в многоклеточную жизнь, биопленки следует понимать не только как факторы риска, которые необходимо устранить, но и как сложные и адаптивные биологические инструменты, которые можно использовать. Космические исследования биопленок, основанные на принципах открытой науки, предоставляют возможность разработки инновационных технологий на основе биопленок. Эти новые технологии позволят реализовать амбиции в области исследования дальнего космоса и окажут устойчивое и значимое влияние на Землю».

Данное исследование основывается на более чем двадцатилетней истории исследований использования биопленок в космических полетах, включая недавние работы, опубликованные в 2025 году в журнале Science of Biofilms, в которых моделировался реактор для образования биопленок в условиях микрогравитации, и исследователи наблюдали рост и развитие биопленок в условиях космического пространства. Другая статья, опубликованная в 2025 году в журнале Journal of Microbiology, также исследовала рост биопленок в условиях космического пространства, обсуждая потенциальные риски и стратегии их смягчения. Формирование биопленок в космосе также было исследовано в статье 2023 года, опубликованной в журнале npj Microgravity.

Как уже отмечалось, НАСА десятилетиями изучает биопленки, уделяя особое внимание их характеристикам в космосе по сравнению с Землей. Это включает в себя изучение того, как сообщества биопленок легче прикрепляются к поверхностям в условиях микрогравитации, что потенциально может привести к повреждению оборудования и риску для здоровья астронавтов, а также было замечено, что они проявляют устойчивость к антимикробным и антибиотикам. Из-за замкнутой среды в космических миссиях сообщества биопленок могут засорять системы водоснабжения, вызывать коррозию металлов и труб, а также повреждать системы фильтрации воздуха, которые крайне важны для астронавтов, поскольку обеспечивают поступление кислорода и фильтрацию углекислого газа и других нежелательных химических веществ.

Пожалуй, наиболее масштабным исследованием, направленным на лучшее понимание активности биопленок в условиях микрогравитации, является исследование «Характеристика образования, роста и экспрессии генов биопленок на различных материалах и в различных условиях окружающей среды в условиях микрогравитации» (космические биопленки), проводимое на борту Международной космической станции (МКС). В рамках этого исследования астронавты изучают сложные процессы, ответственные за рост и развитие биопленок в условиях микрогравитации. Как и результаты бесчисленных других исследований на МКС, полученные данные могут оказать влияние на земные приложения, в том числе на снижение угроз для здоровья, связанных с биопленками.

Исследования биопленок — лишь одна из многих областей исследований, которые окажут влияние на освоение космоса человеком, будь то на МКС, Луне или Марсе. Хотя биопленки представляют опасность для здоровья астронавтов, они также обладают бесчисленными возможностями применения, которые могут улучшить освоение космоса человеком.