Введение к работе
Актуальность работы.
Космическая биотехнология одна из бурно развивающихся в последние годы областей, которая исследует и использует преимущества, возникающие для биологических объектов в условиях микро-гравитации, и занимается разработкой принципиально новых биотехнологических процессов предполагаемых к использованию при длительных управляемых полетах. Проведение процессов гибридизации клеток, электрофоретического разделения белков, кристаллизации белков в условиях микрогравитации позволило достичь принципиально новых результатов, невозможных в назймных условиях. В частности, оказалось, что эффективность электрофоретического разделения белков и макромолекул резко возрастает в условиях микрогравитации, как по количественным так и по качественным характеристикам. Кристаллы белков выращенные во время длительных пилотируемых полетов не, имеют аналогов по своим характеристикам и широко используются в дальнейших исследованиях на Земле.
Перспективным научным направлением космической биотехнологии является управляемое культивирование микробных, растительных и животных клеток. Интерес к управляемому культивированию существенно возрастает в условиях длительного космического полета, т.к. это позволяет решить ряд вопросов экономического, экологического, технического и медицинского характера. Применение специальных штамов микроорганизмов и создание соответствующих систем позволяет, в принципе, осуществить систему рециркуляции и переработки газов жидких и твердых отходов в продукты, используемые повторно. Кроме того, возможно использование управляемого культивирования микроорганизмов для создания единой технологической цепи по производству биологически активных веществ и выпуску высоко очищенных препаратов.
Одним из наиболее важных направлений управляемого культивирования в космосе является культивирование клеток тканей человека для исследования влияния длительных воздействий микрогравитации на их генетическую и физиолого-биохимическую устойчивость, с последующим моделированиеми и переносом результатов на органы и ткани человека. Понятно, что это требует, прежде всего, создания соответствующей аппаратуры.
Таким образом разработка и создание систем управляемого культивирования для использования, их в условиях длительного космического полета является весьма актуальной.
Целью данной работы являлось разработка и создание принципиально новой системы непререрывного культивирования клеток в условиях микрогравитации и проведение экспериментов на борту орбитальной станции "Мир" во время пилотируемого полета. В задачи работы входило:
разработка принципиально нового подхода и создание систе
мы культивирования в условиях микрогравитации в непре-
' рывном режиме;
в создание материально-технической базы системы непрерывного культивирования;
и адаптация созданного оборудования к работе на борту действующей орбитальной станции" Мир";
в создание методической базы подготовки космонавтов;
проведение наземного и натурных экспериментов по культи
вированию клеток;
в анализ и обработка полученных результатов;
Научная новизна работы.
Впервые в мире была разработана и создана аппаратура МКМ-1 (микрокультиватор микроорганизмов) для культивирования клеток в условиях микрогравитации и проведены процессы управляемого культивирования на борту орбитальной станции "Мир" клеток E.coli как модели микробных и, отчасти . животных клеток.
Впервые в основе системы культивирования был использован полуволоконный мембранный модуль с разделенными вводами и выводами газовой и жидкой питательных сред. Культивирование клеток осуществлялось в межволоконном пространстве в условиях непрерывного подвода газовой и жидкой питательной среды, при одновременном отводе продуктов жизнедеятельности.
Исследована кинетика роста клеток E.coli в условиях 5 суточного пилотируемого полета и проведено сравнение с наземными результатами, полученными на аналогичной аппаратуре в лабораторных условиях. Показано, что условия микрогравитации оказывают влияние на морфологические' и физиологические характеристики культуры, однако, эти изменения не являются результатом изменения генома.
Практическая значимость
Разработана техническая документация и создано оборудование для культивирования клеток в условиях микрогравитации МКМ-1 ( микрокультиватор микроорганизмов). Оборудование прошло все циклы наземных и предполетных испытаний и было допущено для постановки на борту станции "Мир".
Всего было создано 12. приборов МКМ-1, шесть из которых работали во время экспедиций посещения в течение 5 суток на станции " Мир". (3 экспедиции).
Апробация работы
Материалы работы доложены на Всесоюзной конференции «Космическая биотехнология» (декабрь 1993 г.), конференции молодых ученых РХТУ им. Д.И.Менделеева -1994 г., итоговой конференции по научно- технической программе «биотехнология» ( март 1996 г.).
Публикации .
По материалам диссертации опубликовано т^я работы.
Объем и структура диссертации