НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТА
«Моделирование поведения системы «вирус +клетки теплокровных»
на примере «бактерия + бактериофаг» в условиях Космоса».
Шифр- «МИКРОВИР»
1.Сущность исследуемой проблемы. Краткая история и состояние
вопроса
Бактериофаг — субмикроскопический агент, являющийся вирусом
бактерий, заражающий бактериальную клетку, воспроизводящийся в ней и
часто вызывающий ее растворение (лизис); бактериофаг присутствует там,
где находятся чувствительные к нему бактерии). Размер частиц
приблизительно от 20 до 200 нм. Бактериофаги представляют собой
наиболее многочисленную, широко распространенную в биосфере и,
предположительно, наиболее эволюционно древнюю группу вирусов.
Приблизительный размер популяции фагов составляет более 10 30 фаговых
частиц
Бактериофаг обладает выраженной специфичностью, растворяя лишь
определенные виды бактерий. Он выделяется из организма больного более
интенсивно в период выздоровления. Исходя из этих наблюдений, д'Эрель
высказал идею о роли бактериофага в борьбе с инфекционными болезнями
и в развитии естественной невосприимчивости к ним.
Одной из областей использования бактериофагов является
антибактериальная терапия, альтернативная приёму антибиотиков.
Например,
применяются
бактериофаги:
стрептококковый,
стафилококковый, клебсиеллёзный, дизентерийный поливалентный,
пиобактериофаг, коли, протейный и колипротейный и другие.
Бактериофаги применяются также в генной инженерии в качестве
векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная
передача генов между бактериями посредством некоторых фагов
(трансдукция).
Поскольку размножение бактериофага возможно только в живых
клетках, бактериофаги могут быть использованы для определения
жизнеспособности бактерий. Данное направление имеет большие
перспективы, поскольку, одним из основных вопросов при разных
биотехнологических процессах является определение жизнеспособности
используемых культур. С помощью метода электрооптического анализа
клеточных
суспензий
была
показана
возможность
изучения
взаимодействия фаг-микробная клетка.
Каждый бактериофаг проникает в "свою" бактерию путем
специального механизма и начинает там размножаться. Размножается
бактериофаг там до тех пор, пока бактерию не разорвет. Наружу выйдут не
менее 100-200 новых бактериофагов, готовых к нападению. Цикл - время с
момента заражения бактерии до выхода потомства длится от 15 минут до 12 часов в зависимости от вида бактериофага.
Если нанести отдельные бактериофаги на поверхность твердой
питательной среды с растущими бактериями, то размножившиеся в
бактериях бактериофаги разрушают бактерии, образуя на этом месте так
называемые «стерильные пятна».
Цель эксперимента: Исследование влияния факторов космического
полета на скорость литического действия фагов на бактерии.
2. Необходимость проведения
эксперимента в условиях
космического полета
В космических экспериментах с бактериофагами ( КЭ «Бактериофаг»)
установлен факт ускоренной
инактивации
бактериальных вирусов.
Экспозиция лиофилизированных фагов на МКС в течение 3-х месяцев
снижает концентрацию активных вирусов на один порядок, за 6 месяцев –
на 6-7 порядков. Особенно быстро идет процесс инактивации в жидкой
среде. Микроскопические исследования жидкой культуры фагов показали
серьезные повреждения вирусных частиц, вплоть до отрыва головки .
Для уточнения механизмов воздействия ФКП на бактериофаги
целесообразно оценить не только процесс инактивации, но и скорость
литического действия вирусов на бактерии в условиях космического
полета.
Разница во времени лизиса бактериальной культуры на Земле и на
орбите будет свидетельствовать об изменении скорости протекания
молекулярных механизмов литического действия фагов на бактерии. Что в
последующем может быть использовано для понимания тонких
механизмов взаимодействия «вирус-хозяин» в условиях длительных
космических полетов.
Необходимость проведения исследований в реальных условиях
космоса определяется целью и задачами эксперимента и диктуется
невозможностью имитировать на Земле совокупность действия ФКП,
присущих орбитальному полету и космическому пространству, на свойства и
специфическую активность бактериофагов.
3. Описание КЭ
Основной целью эксперимента «Микровир» является исследование
влияния факторов космического полета на скорость литического действия
бактериофагов на бактерии.
3.1.Порядок проведения КЭ
Для проведения КЭ на борт доставляется и используется укладка
«Микровир» , состоящая из 4-х кассет, , каждая из которых представляет
2
собой три экспериментальные ячейки, соединенные между собой в единую
сборку.
В ходе эксперимента член экипажа обеспечивает размещение укладки
«Микровир» на хранение в термостате ТБУ-В при температуре + 4 ± 2 0С;
перенос кассеты на место проведения эксперимента, поочередно в каждой
ячейке кассеты активация процесса (перетеснение бактериальной взвеси в
ячейки с сухим бактериофагом) ; визуальная и фото- видео регистрация
процесса изменения прозрачности раствора в камере смешения; размещение
кассеты в термостате ТБУ-В при температуре + 4 ± 2 0С ;
После проведения каждого сеанса КЭ на Землю возвращается: укладка
«Микровир».
3.3.Технические особенности НА
Конструкция аппаратуры «Микровир» должна предусматривать
возможность дезинфекционной обработки всех внешних поверхностей и
отвечать требованиям по герметичности .
4.Новизна, оценка качественного уровня по сравнению с
аналогичными отечественными и зарубежными исследованиями
Данные об изменении скорости литического действия умеренных и
вирулентных бактериофагов под воздействием факторов космического полета,
на которых основана постановка задач КЭ, оригинальны. Работ по
исследованию скорости литического действия бактериофагов в условиях
орбитального космического полета и последующего наземного анализа, в
России и за рубежом не проводилось.
5.Ожидаемые результаты и их предполагаемое использование
5.1.Основными результатами КЭ будут следующие:
Сравнительные данные об изменении скорости литического действия
бактериофагов на бактериальные культуры под влиянием факторов
космического полета.
5.2.Результаты предполагается использовать для
моделирования
поведения в Космосе системы «вирус-клетки теплокровных», что в
дальнейшем
может быть использовано
для понимания
тонких
механизмов взаимодействия «вирус-хозяин» в условиях длительных
космических полетов.
6. Обоснование технической возможности создания НА с
заданными характеристиками
Техническая возможность создания аппаратуры «Микровир»
обосновывается имеющимися образцами оборудования, основанными на
перетеснении культуры из одной емкости в другую: НА «Рекомб-К», НА
«Константа»
3
7.Характеристики рисков и дискомфорта для экипажа, связанных
с КЭ
7.1.Проведение эксперимента на борту МКС не должно создавать
опасных ситуаций для экипажа и МКС. На всю аппаратуру для проведения
КЭ, включая биопрепараты, доставляемую на МКС, должны быть
оформлены сертификаты по безопасности.
7.2. Работы с микроорганизмами должны проводиться в боксе.
Список цитируемой литературы
1.
Шлегель Г. Общая Микробиология изд. «Мир» М., 1987
2. Стейниер P., Эдельберг Э. и Ингрэм Дж. Мир микробов, т. 2, М., 1979;
3. Хейс У. Генетика бактерий и бактериофагов. М., 1965;
4. Стент Г. Молекулярная биология вирусов бактерий. М., 1965;
5. Б. Филдс, Д. Найп Вирусология, т. 1 1989г.
6. Б.В. Дж.Мейхи Вирусология: Методы , 1988
7. Камышева К. С. Основы микробиологии, вирусологии и
иммунологии, Москва, изд-во «Феникс» 2012г
8. Воробьев А.А., Быков А.С. Атлас по медицинской микробиологии,
вирусологии и иммунологии, Москва, 2003г
9.
Клинико-иммунологическая эффективность иммунобиологических
препаратов (Под ред. М.П.Костинова и И.В.Медуницына). М.: Миклош,
2004; 195-206.
10. Микрофлора пищеварительного тракта (Под ред. А.И.Хавкина). М.:
Фонд социальной педиатрии, 2006; 195-196, 351-355.
11. Государственный реестр лекарственных средств. - М.: МЗиСР
(интернет версия www.drugreg.ru).
12. Мвале К.Дж. Автореферат «Бактериофаги» Астраханский
Государственный технический университет, 2007г.
13. Грачев В.И. Новый аспекты в профилактике и лечении острых
респираторных и вирусных инфекций, Вестник АМТН, № 1, 2009г.
14. Логинова С.Я. и соавт. Разработка способа моделирования
заболевания, вызываемого вирусом тяжелого острого респираторного
синдрома… Молекулярная медицина, .№5, 2009г
15. Ткаченко Е.А., Дзагурова Т.Г., Ткаченко П.Е. Хантывирусы:
экология, молекулярная биология, морфология, патогенез и диагностика,
Молекулярная медицина, .№5, 2009г
16. Логунов Д..Ю. Народицкий Б.С. Гинцбург А.Л. Молекулярногенетические технологии защиты от патогенов, Ремедиум, №2, 2008 г.
4