НАСА отправило на МКС образцы меланина из плесени со стен Чернобыльской АЭС

Оказывается, некоторые виды плесени не только устойчивы к радиации, но даже питаются ею. Не брезгует радиацией и каннабис — растения впитывают радиоактивные вещества из почвы.

Ядерный грибок

При очередном мониторинге четвертого блока ЧАЭС в начале 2000-х специалисты увидели на внутренних стенках саркофага черный налет. Причем чем ближе к источникам радиации, тем больше была концентрация черных пятен. Некоторые появились даже на остатках графитовых стержней реактора.

Робот, проводивший мониторинг, получил команду взять пробы черной субстанции. В лаборатории выяснилось, что это разновидность плесени Cladosporium sphaerospermum. Результаты исследования опубликовали ученые из Национальной академии наук Украины в журнале «Радиационная биология. Радиоэкология». Черный цвет грибку придает пигмент меланин. Тот самый, что делает европейцев загорелыми, а африканцев темными. Ученые предположили, что грибок «загорел», чтобы защититься от излучения. Гипотеза подтвердилась, но только отчасти.

В 2007 году исследователи из Нью-Йоркского медицинского колледжа Альберта Эйнштейна поставили несколько экспериментов с содержащими меланин грибками Wangiella dermatitidis, Cryptococcus neoformans и теми самыми «чернобыльскими». Выяснилось, что плесень устойчива к ионизирующему излучению, более того, она им питается. Причем грибки быстрее растут под воздействием радиоактивного излучения, например, от цезия‑137, рения‑188 или вольфрама‑188. Ответственным за такое необычное поведение назначили меланин — контрольная группа плесени, не содержащей пигмент, под воздействием радиации не росла вообще. В ходе дальнейших экспериментов выяснилось, что радиация меняет структуру меланина, в результате чего обмен веществ у грибков ускоряется в четыре раза. Такой процесс называется радиостимуляцией, или радиосинтезом: организмы превращают энергию ионизирующего излучения в химическую.

К исследованиям подключились и специалисты НАСА, сообщает журнал Nuclear Engineering International: в ноябре 2019 года образцы пигмента из восьми видов грибков отправились на МКС. Ученые считают, что исследования помогут создать средства защиты от радиации не только для космонавтов, но и для сотрудников АЭС. Ведущий автор исследования НАСА Кастури Венкатесваран также предполагает, что радиосинтез может быть полезен для защиты здоровых тканей от ионизирующего излучения при лучевой терапии. Подобные организмы интересны и астробиологам, которые занимаются поисками жизни на других планетах. Тот факт, что биологическая жизнь может легко адаптироваться к самым жестким условиям среды, дает надежду обнаружить жизнь на планетах с высоким уровнем гамма-излучения.

Кстати

Ученые из МФТИ вместе с коллегами из 29 научных организаций со всего мира разработали стратегию повышения радиоустойчивости человека. Статья Vive la radioresistance! («Да здравствует сопротивление радиации!») была опубликована в 2018 году в научном журнале Oncotarget. Специалисты уверены, что с помощью последних достижений биотехнологий можно повысить устойчивость человека к радиации. Тогда мы, скажем, могли бы колонизировать другие планеты. Стратегия включает лекарственную терапию, например использование антиоксидантов, гибернацию и добавление в рацион космонавта тяжелой воды — в ней легкий изотоп водорода протий заменен на тяжелый дейтерий, а также генную инженерию — можно встроить человеку ген, отвечающий за радиорезистентность у тихоходок.

Каннабис на бис

В 1998 году группа ученых из частной исследовательской компании «Фитотех» и Института лубяных культур Украинской академии аграрных наук высадили вблизи Чернобыля техническую коноплю — подвид каннабиса, почти не содержащий наркотических веществ. Дело в том, что конопля может поглощать радиацию из почвы. Этот процесс называется фиторемедиацией. В процессе жизнедеятельности растения извлекают из почвы токсичные радиоактивные вещества. Концентрация их в корнях, стеблях, цветках, плодах и семенах растет, а в окружающей среде, напротив, сокращается. Далее растение нужно извлечь из почвы и сжечь, а золу захоронить специальным образом. Главные преимущества конопли перед другими растениями, используемыми для фиторемедиации, — ​горчицей и подсолнечником — в том, что каннабис очень быстро растет и имеет длинные, глубоко залегающие корни, так что очистить загрязненную территорию может гораздо быстрее.

В феврале этого года испанский медиапортал Código Nuevo опубликовал статью о том, что фиторемедиацию коноплей планируют использовать в испанской провинции Альмерия для ликвидации последствий авиакатастрофы над деревней Паломарес. В 1966 году американский стратегический бомбардировщик B‑52G с термоядерным оружием на борту столкнулся с самолетом-топливозаправщиком во время дозаправки в воздухе. В итоге четыре термоядерные бомбы выпали из бомбардировщика и вызвали сильное радиационное заражение местности. Прошло 54 года с момента аварии, а территория Паломареса до сих пор не дезактивирована. Недавнее исследование испанского Центра исследований энергии, окружающей среды и технологий (CIEMAT), проведенное по заказу испанского правительства, показало, что в Паломаресе сейчас около 50 тыс. м3 почвы загрязнены радиоактивным плутонием‑239. Дезактивировать территорию планируют, засадив ее каннабисом. Исследователи из университетов Альмерии, Гранады и Барселоны уже запустили пилотный проект — засеяли технической коноплей один гектар. Марио Ленд, эксперт по медицинской конопле и участник проекта, считает, что таким образом всю загрязненную почву можно будет дезактивировать менее чем за пять лет.

Интерес к каннабису проявляет и Илон Маск — это растение уже отправилось в космос. 6 марта космический шаттл SpaceX стартовал на МКС с семенами конопли и кофейными зернами на борту. Исследователей интересует влияние на семена микрогравитации, а также изменения на генном уровне. А изучение побывавших в космосе кофейных зерен поможет экспертам вывести новый сорт кофе, который будет устойчив к неблагоприятным воздействиям среды.

Александр Иванов

Руководитель лабораторий ИМБП РАН, ФМБЦ им. Бурназяна и исследовательской группы ОИЯИ, профессор

— Плесень и ее споры за счет меланина очень устойчивы к радиации — более того, этот пигмент обладает противолучевыми свойствами. Мы в ФМБЦ и Институте медико-биологических проблем РАН изучали свойства меланина на мышах. Облучали самцов ионизирующим излучением, у них снижалась репродуктивная активность — понижался сперматогенез. А затем поили водой с черным меланином. Со временем репродуктивная функция у мышей восстанавливалась, и они начинали давать потомство.

Мы предполагаем, что меланин может повысить устойчивость человека к радиации и защитить от ионизирующего и ультрафиолетового излучений, именно они представляют опасность для человека в космосе. Космическое излучение не убивает сразу, но при постоянном длительном воздействии на организм может ускорить развитие рака или вызвать некоторые нарушения работы центральной нервной системы.

Радиопротекторными свойствами обладают и другие вещества — антиоксиданты, которые сдерживают окисление молекул и уничтожают свободные радикалы. Самый известный антиоксидант — аскорбиновая кислота, витамин С. Но он довольно быстро усваивается и так же быстро выводится из организма. А антиоксидантную активность после радиоактивного воздействия надо постоянно поддерживать на определенном уровне. Именно так действует меланин.

Что касается конопли, тут главный вопрос, куда потом ее девать. Вырастет она, извлечет из земли радиоактивный цезий и стронций. А потом понадобятся комбайны, которые будут ее срезать, и комбайнеров надо будет как-то защищать от радиации или вообще роботов использовать. Потом эту коноплю нужно куда-то в безопасное место складировать, это тоже нужно предусмотреть. Всегда нужно думать и об отходах, затевая эксперимент, — ​куда их потом девать и как перерабатывать.