Микрогравитация перестраивает метаболизм микробов, снижая эффективность космического производства

Схема установки биореактора RWV в ориентациях LSMMG и контрольной (1xg). Автор: npj Microgravity (2026). DOI: 10.1038/s41526-026-00560-w

Учёные из Военно-морской исследовательской лаборатории США (NRL) завершили биологический эксперимент на борту Международной космической станции (МКС), который показал, как микрогравитация фундаментально меняет метаболизм микроорганизмов, ограничивая эффективность биотехнологических процессов, критически важных для будущих длительных космических миссий. Результаты были опубликованы в журнале npj Microgravity.

Проект MELSP, запущенный на МКС в ноябре 2023 года, изучал, как микрогравитация влияет на способность генетически модифицированных микробов производить меланин — многофункциональный биополимер с радиационно-защитными, антиоксидантными и термостабильными свойствами.

Результаты показали, что хотя микробы сохраняют способность производить меланин в космосе, микрогравитация серьёзно нарушает транспорт субстратов, клеточные стрессовые реакции и метаболический баланс, что в итоге снижает эффективность производства.

«Наши данные показывают, что микрогравитация не просто замедляет рост микробов, она перестраивает то, как клетки перемещают питательные вещества, управляют стрессом и распределяют метаболические ресурсы», — заявил Чжэн Ван, руководитель проекта MELSP. — «Эти ограничения необходимо решить, если мы хотим, чтобы микробы надёжно производили материалы, лекарства или компоненты систем жизнеобеспечения во время длительных миссий».

Образцы микробов для эксперимента MELSP на выставке в Вашингтоне, 9 января 2026 года. Автор: Сара Петерсон.

В исследовании использовали модифицированную кишечную палочку, способную производить меланин. Несмотря на наличие активного фермента, бактерии, выращенные на МКС, произвели значительно меньше пигмента, чем контрольные образцы на Земле.

Биохимический анализ выявил, что проблема не в выработке фермента, а в нарушении транспорта и утилизации тирозина — молекулы-предшественника для синтеза меланина.

«Микрогравитация меняет поведение жидкостей, что приводит к изменению скорости роста и фенотипов в космических условиях, — пояснила Тиффани Хеннесса, соавтор исследования. — Машинерия внутри клетки была на месте, но «сырьё» не попадало туда, куда нужно, и это напрямую повлияло на производство меланина».

Протеомный анализ показал, что у микробов с МКС повышена экспрессия белков стрессового ответа. Также были обнаружены повышенные маркеры стресса и истощение глутатиона — ключевой молекулы для поддержания окислительно-восстановительного баланса клетки.

Для проверки результатов на Земле учёные использовали биореактор с вращающейся стенкой (RWV), имитирующий условия микрогравитации. Эти эксперименты подтвердили снижение выработки меланина и изменение метаболизма.

«Это исследование даёт важную реальную оценку для космического биопроизводства, — отметил Чжэн Ван. — Создание микробов для космоса — это не только про гены и ферменты, но и про проектирование систем, учитывающих транспорт, стресс и физические силы, уникальные для космической среды».

Полученные данные помогут в разработке устойчивых микробных систем для производства в условиях глубокого космоса. Потенциальные стратегии включают перепроектирование транспортных путей, снижение метаболической нагрузки и создание биореакторов, компенсирующих отсутствие гравитационного перемешивания.

ИИ: Это исследование подчёркивает, что для создания автономных космических колоний нам предстоит решить не только инженерные, но и фундаментальные биологические проблемы. Космос — это не просто вакуум, а среда, кардинально меняющая работу живых систем на молекулярном уровне.