CC BY
31
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2018
Кобатов А.И.1, Евстигнеев В.И.2, Гуреева Е.А.3, Вербицкая Н.Б 1, Добролеж О.В.1
РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ПОЛУЧЕНИЮ
КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОБИОТИЧЕСКОГО ПРОДУКТА НА БОРТУ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ
1 ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов»
ФМБА России, 197110, Санкт-Петербург 2 ОАО «Биопрепарат», 119830, Москва 3 ОАО Ракетно-космическая корпорация «Энергия», 141070, г. Королев, Московская область
В работе изложены результаты, полученные в ходе проведения прямого эксперимента по получению кисломолочного пробиотического продукта в условиях микрогравитации из поставленного на борт Международной космической станции (МКС) сухого полупродукта. В состав полупродукта входили посевной материал - пористые таблетки, содержащие 2 симбиотических штамма Lactobacillus acidophilus и питательная среда - порошок сублимационно высушенного питьевого молока. В качестве биореактора для термостатного культивирования ацидофильных лактобацилл и получения на борту МКС конечного пробиотического продукта использовался штатный 2-слойный полиэтиленовый спецпакет. Технология получения пробиотического продукта непосредственно на борту пилотируемого космического корабля (ПКК) является одностадийной: в пакет с сухим полупродуктом вводится питьевая вода из бортовых источников, после чего пакет герметизируется и помещается в бортовой термостат на 24 ч. Полученный в термостате кисломолочный продукт переносится в бортовой холодильник и хранится там до момента приёма. Данная технология получения кисломолочного пробиотического продукта на борту ПКК была успешно осуществлена членами экипажа МКС-50. Полученный в результате проведения лётного эксперимента кисломолочный продукт содержал 2 штамма лактобацилл и обладал высоким пробиотическим потенциалом: биологической активностью, кислотностью, антагонизмом по отношению к условно-патогенным бактериям.
Ключевые слова: кисломолочный пробиотический продукт; космический эксперимент «Пробиовит»; Lactobacillus acidophilus; микрогравитация; экспедиция МКС-50.
Для цитирования: Кобатов А.И., Евстигнеев В.И., Гуреева Е.А., Вербицкая Н.Б., Добролеж О.В. Результаты первого эксперимента по получению кисломолочного пробиотического продукта на борту пилотируемого космического корабля. Медицина экстремальных ситуаций. 2018; 20(3): 329-339.
Для корреспонденции: Кобатов Алексей Иванович, старший научный сотрудник ФГУП Гос. НИИ ОЧБ ФМБА России, кандидат технических наук, 197110, Санкт-Петербург. E-mail: [email protected]
Kobatov A.I.1, Evstigneev V.I.2, Gureeva E.A.3, Verbitskaya N.B.1, Dobrolezh O.V.1
RESULTS OF THE FIRST EXPERIMENT ON OBTAINING THE ACID PROBIOTIC PRODUCT ON THE BOARD OF A PILOTED SPACESHIP
1 State Scientific Research Institute of Extremely Clean Biopreparations of the Federal Medical-Biological Agency of Russia, St. Petersburg, 197110, Russian Federation;
2 JSC "Biopreparat", 119830, Moscow
3Rocket and Space Corporation "Energia", Korolev, Moscow Region, 141070, Russian Federation
The paper presents the results obtained during the direct experiment on obtaining a fermented probiotic product from the dry intermediate product delivered to the International Space Station (ISS), under microgravity conditions. The semi-product consisted of seed material presented by porous tablets containing 2 symbiotic strains of Lactobacillus acidophilus and a nutrient medium - a powder of freeze-dried dried drinking milk. A regular bilayer polyethylene special package was used as a bioreactor
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
for the thermostatic cultivation of acidophilic lactobacilli and obtaining the final probiotic product on the ISS board. The technology for obtaining a probiotic product directly on ISS board is a one-stage process: the drinking water from the onboard sources is introduced into the package with a dry intermediate, after which the bag is sealed and placed in the onboard thermostat for 24 hours. The fermented milk product prepared in the thermostat is transferred to the onboard refrigerator and stored there until the moment of intake. This technology for obtaining a fermented probiotic product on the ISS board was successfully carried out by the ISS-expedition 50 crew. The fermented milk product obtained as a result of the pilot experiment contained 2 strains of lactobacilli and had a high probiotic potential: biological activity, acidity, antagonism in the relation of opportunistic bacteria
Keywords: fermentedprobiotic product; Space experiment "Probiovit"; Lactobacillus acidophilus; microgravity; ISS-Expedition 50.
For citation: Kobatov A.I., Evstigneev V.I., Gureeva E.A., Verbitskaya N.B., Dobrolezh O.V. Results of the first experiment on obtaining the acid probiotic product on the board of a piloted spaceship. Meditsina ekstremal'nykh situatsiy (Medicine of Extreme Situations) 2018; 20(3): 329-339. (In Russ.).
For correspondence: Aleksey I. Kobatov, MD, Ph.D., senior researcher of the State Scientific Research Institute of Extremely Clean Biopreparations of the Federal Medical-Biological Agency of Russia, St. Petersburg, 197110, Russian Federation. E-mail: [email protected]
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgments. The study had no sponsorship.
Received 16 May 2018 Accepted 20 August 2018
Введение
Проблема профилактики возникновения инфекций у космонавтов на этапе осуществления космического полёта приобретает всё большее значение в свете принятых в последнее время решений о проведении возможных длительных космических экспедиций, выполнение которых потребует максимального нервно-эмоционального и физического напряжения со стороны членов экипажа космического корабля. В свою очередь показано, что длительное нахождение человека в условиях космического полёта является одним из факторов, вызывающих стрессовое состояние в организме человека и провоцирующих возникновение хронических рецидивирующих инфекций, аллергических заболеваний, функциональных кишечных расстройств и т. д. Причём первопричиной всех этих неблагоприятных проявлений зачастую является нарушение микроэкологии, то есть изменения в количественном и качественном составе заселяющих организм человека микроорганизмов [1].
Для поддержания микробиологического статуса у космонавтов, находящихся длительное время в неоптимальных условиях обитания, рекомендуется использовать метод «микробной интервенции» [1]. Суть метода заключается в
следующем: для нормализации состояния микробиоценоза кишечника осуществляется принудительный приём препаратов-пробиотиков.
В то же время известно, что действующим началом пробиотиков являются полезные для здоровья человека жизнеспособные микроорганизмы в физиологически активном состоянии (жидком) или анабиотическом (сублимированном) виде. Причём твёрдо доказанным на сегодняшний день является положение о том, что клетки микроорганизмов, находящиеся в пробиотическом препарате в метаболически активном состоянии (в виде кисломолочного продукта), обладают более высоким потенциалом [2-4].
В связи с этим, перед исследователями встали следующие вопросы:
Первый: можно ли в принципе вырастить в условиях микрогравитации на борту пилотируемого космического корабля (ПКК) лакто-бациллы до концентраций, необходимых для проявления ими пробиотического эффекта? И второй вопрос: не повлияют ли факторы космического полёта на пробиотические свойства выращенных на борту ПКК лактобацилл?
Для ответа на данные вопросы в рамках КЭ «Биоэмульсия» на протяжении 2007-2014 гг. был поставлен ряд прямых экспериментов по
выращиванию на борту Международной космической станции (МКС) ацидофильных лактоба-цилл, обладающих пробиотическими свойствами. Эксперименты на борту МКС проводились в герметичных биореакторах закрытого типа производства ООО «БиоТехСис» (Москва), исключающих возможность внесения дополнительных ингредиентов в биореактор в процессе культивирования лактобацилл, а также выгрузку полученного продукта в условиях микрогравитации. В результате проведения на борту МКС ряда прямых экспериментов со штаммами Lactobacillus acidophilus были получены положительные ответы на два поставленных выше вопроса [5].
В связи с этим, решением Координационного научно-технического совета Федерального космического агентства за № 7 от 31.10.2013 г. в «Долгосрочную программу научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на Российском сегменте МКС» был введён космический эксперимент «Пробиовит». В качестве основных требований, предъявляемых со стороны заказчика (ЦНИИМАШа) к постановщику эксперимента «Пробиовит» (ФГУП «Гос. НИИ ОЧБ»), фигурировали следующие:
1) разрабатываемая технология должна быть простой в исполнении и реализуемой в условиях микрогравитации;
2) не должна требовать для своего осуществления наличия на борту ПКК дополнительного технологического оборудования и специальных знаний по прикладной микробиологии со стороны экипажа, находящегося на борту ПКК;
3) должна позволить гарантированно получать на борту ПКК кисломолочный продукт, обладающий пробиотическими и иммунномоделирую-щими свойствами, в условиях длительной космической экспедиции (полёты на Марс и Луну ) из поставляемых на борт ПКК сухих компонентов.
Ниже представлены результаты проведения на борту МКС первого эксперимента по апробации малостадийной технологии получения кисломолочного продукта из сухих компонентов, разработанной в стенах Гос. НИИ ОЧБ.
Материал и методы
Для проведения данной экспериментальной работы был разработан сухой пробиотиче-ский препарат [Патент РФ № 2487547. М. кл.
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Рис. 1. Пористые таблетки, включающие в себя два симбиотических штамма Lactobacillus acidophilus, используемые в КЭ «Пробиовит» в качестве посевного материала.
А23С9/12. 20.07.2013 г.], включающий в себя посевной материал в виде пористой таблетки (рис. 1) , полученной методом «сублимационного формования» [Патент РФ на изобретение № 2169574. М. кл. А61К35/74. 27.06.2001 г.] и сухой питательной среды в виде сублимацион-но высушенного и измельченного питьевого молока (рис. 2).
Эксперимент «Пробиовит» осуществляется в 2-слойном полиэтиленовом пакете, предназначенном для обезвоженных продуктов (рис. 3). Внешний слой - пленка комбинированная, марки «ПЕТ / Пластиплен» типа ПТА-Л 05601, вкладыш - пленка полиэтиленовая нестабили-зированная, марки СК ГОСТ - 10354-82.
В период экспедиции МКС-50 на борту МКС (февраль - апрель 2017 г.) был проведён прямой эксперимент по получению кисломолочного пробиотического продукта, обладающего им-мунномодулирующими свойствами, из поставленной на борт МКС сухой системы, состоящей из посевного материала и питательной среды.
Спецпакет «Продукт» в асептических условиях микробиологического бокса загружался в Гос. НИИ ОЧБ ФМБА России исходными сухими компонентами (питательной средой и посевным материалом). Загрузка осуществлялась через предварительно надрезанное загрузочное окно 3 (см. рис. 3), после чего окно герметично запаивалось.
В качестве микробиологического агента, входящего в состав посевного материала - пористых таблеток, в космическом эксперименте «Пробиовит» использовался бактериальный
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис. 2. Внешний вид порошка сублимационно высушенного и измельченного питьевого молока. Снимок получен методом сканирующей микрофотографии на микроскопе ШЫ-35С ( Япония ).
пробиотик, состоящий из двух штаммов молоч-но-кислых бактерий Lactobacillus acidophilus Д-75 и Д-76, специально подобранных по медико-биологическим свойствам. При определённых условиях [6] штаммы образуют симбиоз, который усиливает их полезные свойства: расширяет спектр и уровень антагонистической активности, повышает устойчивость к терапевтическим дозам ряда антибиотиков, увеличивает содержание жизнеспособных клеток и длительность хранения препарата.
Для проведения работы по определению антиагонистической активности полученного кисломолочного продукта в эксперименте использовались условно-патогенные бактерии (УПБ) Staphylococcus aureus ATCC 25923 и Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 (все из коллекции Гос.НИИ ОЧБ ).
Методы исследования
Питательные среды
Культивирование лактобацилл проводили в 10% растворе сублимационно высушенного питьевого молока с массовой долей жира 1,5% (ГОСТ Р52090-2003, Москва).
Структуру популяции лактобацилл и устойчивость к антибиотикам определяли в обезжиренном стерильном молоке.
Титр жизнеспособных лактобацилл и антагонистическую активность микроорганизмов определяли на среде МРС-5 [7], рН среды после стерилизации 6,4.
Среды стерилизовали автоклавированием при избыточном давлении 1,0 атм. в течение 15 мин.
2. Определение уровня антагонистической активности L. acidophilus
Уровень антагонистической активности L. acidophilus к условно-патогенным бактериям (УПБ) определяли стандартным методом перпендикулярных штрихов на среде МРС-5.
После высыхания чашек на них бактериологической петлёй, диаметром 3,5 ± 0,5 мм, штрихом по диаметру чашки высевали L. acidophilus. Посевы инкубировали в течение 3 сут при 37°С. После этого бактериологической петлёй диаметром 1,75 ± 0,25 мм подсевали УПБ штрихом в направлении от зоны роста антагониста, не касаясь её и перпендикулярно ей. Тест-культуры УПБ предварительно выращивали в питатель-
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
ном бульоне Standart Nutrient Broth (Serva, США) при 37 °С в течение 18 ч, используя в качестве инокулята криоконсервированные пробы. Посевы инкубировали в термостате при 37 °С в течение 24 ч. Результаты учитывали по величине площади зоны ингибирования роста тест-культур (мм2).
3. Определение контрантагонизма УПБ к L. acidophilus
Контрантагонизм УПБ к L. acidophilus определяли стандартным методом перпендикулярных штрихов на среде МРС-5.
После высыхания чашек на них бактериологической петлёй диаметром 3,5 ± 0,5 мм штрихом по диаметру чашки высевали культуры УПБ, предварительно выращенные в Standart Nutrient Broth (Serva, США) при 28 °С в течение 18 ч. Посевы инкубировали в термостате при 37 °С в течение 24 ч. После этого бактериологической петлёй, диаметром 1,75 ± 0,25 мм, подсевали L. acidophilus штрихом в направлении от зоны роста исследуемой культуры, не касаясь её и перпендикулярно ей. Посевы инкубировали 3 сут при 37°С. Результаты учитывали по величине площади зоны ингибирования роста L. acidophilus (мм2).
4. Определение соотношения штаммов L. acidophilus Д № 75 и Д № 76.
Соотношение штаммов L. acidophilus Д № 75 и Д № 76 в продуктах определяли по специально разработанной методике. Делали разведения продуктов до получения от 20 до 50 колоний на чашку. На 5-10 чашек со средой МРС-5 наносили по 0,1 мл бактериальной суспензии, растирали шпателем и инкубировали при 37оС в течение 48 ч. После этого каждую индивидуальную колонию с чашек переносили в стерильное обезжиренное молоко, предварительно разлитое в полистироловые 96-ячеечные планшеты. Исследовали не менее 200 колоний, контролем служили культуры соответствующих моноштаммов. Посевы культивировали 18-20 ч при 37 °С, после чего охлаждали 2-3 ч при 4-6 °С. Штаммы Д № 75 и Д № 76 дифференцировали по характеру ферментации молока (штамм Д №75 продуцирует значительное количество экзополисаха-ридов, что приводит к формированию слизистого тянущегося сгустка; штамм Д №76 образует однородный неслизистый сгусток). Характер
Рис. 3. Пакет «Продукт», используемый в качестве биореактора для получения кисломолочного пробиотического продукта в условиях космического полёта [Патент РФ на полезную модель, № 169875. М. кл. А 23С9/12. 04.04.2017г.].
1 - корпус упаковки, 2 - штуцер для введения жидкости (питьевой воды) из бортовых источников ПКК, 3 - загрузочное окно для предварительной загрузки сухих компонентов, 4 - лиофилизированный порошок питьевого молока, 5 - пористая таблетка посевного материала, 6 - штуцер для потребления приготовленного кисломолочного продукта в условиях космического полёта.
ферментации определяли визуально, с использованием бактериологической петли.
5. Микроскопические методы
Морфологию клеток определяли светоопти-
ческим методом в мазках, окрашенных по Граму.
6. Определение вязкости кисломолочного продукта
Определение вязкости полученного кисломолочного продукта проводили в вискозиметре с падающим шариком (метод определения вязкости Стокса). Метод основан на измерении скорости падения маленьких шариков в исследуемой жидкости.
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис. 4. Внешний вид образцов кисломолочного пробиотического продукта, полученного в результате термостатного культивирования сухого препарата «Пробиовит» в спецпакетах в земных условиях.
Учитывая, что реальные значения динамической вязкости зависят от температуры исследуемой жидкости, непосредственно перед определением вязкости все образцы кисломолочного продукта (контрольные и экспериментальные) выдерживались в течение суток при одинаковой температуре бытового холодильника 6 °С.
Результаты и обсуждение
Эксперимент «Пробиовит» на МКС-50 был осуществлён в период февраль-апрель 2017 г. Земные образцы, состоящие из сухих компонентов, находились в аппаратуре «Пробиовит» при комнатной температуре с 14 февраля 2017 г. Образцы были активированы 29 марта 2017 г. (параллельно с активацией лётных образцов на борту МКС). Активацию образцов препарата «Пробиовит» осуществляли посредством регидратации сухих образцов «Пробиовит», находящихся в полиэтиленовых пакетах. Реги-дратация в земных условиях осуществлялась
посредством внесения в пакет питьевои воды, нагретой до температуры 45 °С.
Активация сухого биопрепарата, находящегося в полиэтиленовых пакетах «Продукт», и получение пробиотического кисломолочного продукта «Пробиовит» на борту МКС было осуществлено также 29 марта 2017 г. сменным экипажем МКС-50 в составе космонавтов А. Борисенко и С. Рыжикова.
Регидратация сухого препарата на борту МКС проводилась в соответствии с полётной циклограммой, составленной на КЭ «Пробиовит». На борту МКС через муфту, вмонтированную в штуцер 2 (см. рис. 3) в пакет с сухим полупродуктом из бортовых источников вводилось 100 мл воды температурой 45 °С. Затем содержимое тщательно перемешивалось посредством встряхивания пакета до получения в нём однородной жидкости белого цвета (цвета питьевого молока). После чего полученная суспензия помещалась в бортовой термостат на
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Рис. 5. Внешний вид образцов кисломолочного пробиотического продукта, полученного в результате термостатного культивирования сухого препарата «Пробиовит» на борту МКС.
37 °С сроком на 24 ч для проведения термостатного культивирования. С точки зрения находящегося на борту МКС экипажа, предложенная технология получения кисломолочного продукта на борту ПКК может быть признана малостадийной, так как включает в себя только одну операцию, а именно регидратацию сухого полупродукта водой из бортовых источников. По истечении 24 ч нахождения в термостате аппаратура «Пробиовит» извлекалась и помещалась в бортовой холодильник до момента отправки аппаратуры на Землю для проведения тестирования пробиотических свойств полученного кисломолочного продукта. По завершении лётной части эксперимента, на Земле проводилась оценка пробиотического потенциала и структурных характеристик полученного на борту МКС кисломолочного продукта. Оценка проводилась сотрудниками Гос. НИИ ОЧБ в асептических условиях микробиологического бокса. Оценивались биологическая активность
полученного кисломолочного продукта (число живых клеток лактобацилл в 1 мл продукта), антагонизм лактобацилл по отношению к условно-патогенным бактериям (УПБ), кислотность продукта и антибиотико-устойчивость по отношению к отдельным типам антибиотиков, а также определялась динамическая вязкость кисломолочного продукта, полученного на борту МКС.
Полученные на Земле (после термостатного культивирования при 37 °С на протяжении 24 ч) образцы были извлечены из термостата 30 марта 2017 г. (рис. 4).
Как показал визуальный анализ полученного в земном эксперименте кисломолочного продукта, он обладает структурой и консистенцией, полностью отвечающей требованиям, предъявляемым к кисломолочным продуктам, произведённым термостатным способом (ГОСТ 33491-2015).
Так, цвет полученного кисломолочного продукта молочно-белый, равномерный по всей
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 1 Характеристики земного и лётного кисломолочных продуктов по завершении космической фазы эксперимента (на 15-й день после культивирования на борту МКС)
Характеристика продукта Земной продукт укладка «Пробиовит»( А04 ) Лётный продукт укладка «Пробиовит» (А02)
ёмкость «Продукт» № 3 ёмкость «Продукт» № 4 ёмкость «Продукт» № 3 ёмкость «Продукт» № 4
Активность посевного материала -сухой таблетки, КОЕ/г 2,3 • 109 2,3 • 109 2,3 • 109 2,3 • 109
Удельная плотность полученного кисломолочного продукта, кг/м3 745,8 766,5 121,8 108,6
Динамическая вязкость кисломолочного продукта, Па.с 18,56 18,24 3,98 3,99
Титр жизнеспособных клеток L. acidophilus в продукте, КОЕ/мл) 7,4 • 108 6,8 • 108 3,0 • 108 5,0 • 108
Активная кислотность, рН 3,44 3,40 3,58 3,49
Титруемая кислотность, оТ 132,4 138,5 149,5 154,3
Морфология клеток L. acidophilus Короткие Г+ палочки, одиночные, редко в парах Короткие Г+ палочки, одиночные и в парах
Длина клеток L. acidophilus, мкм 4,25 ± 0,3 4,20 ± 0,2
Микробиологическая чистота Посторонняя микрофлора не выявлена Посторонняя микрофлора не выявлена
массе. Консистенция продукта однородная, с ненарушенным сгустком, без газообразования.
Полученные на Земле в аппаратуре «Про-биовит» образцы были помещены в бытовой холодильник до момента проведения работ по оценке пробиотического потенциала земных и лётных образцов.
Образцы кисломолочного продукта «Про-биовит», после проведения космической части эксперимента на борту МКС, поступили на анализ в Гос. НИИ ОЧБ 13 апреля 2017 г
Внешний вид аппаратуры с находящимися в нём лётными образцами кисломолочного продукта представлены на рис. 5.
Как показал визуальный анализ извлеченных из аппаратуры «Пробиовит» спецпакетов с маркировкой «Продукт», находящийся в них материал, полученный в условиях микрогравитации, внешне полностью соответствует кисломолочному продукту, полученному в земном эксперименте.
Затем ёмкости с продуктом, полученным в земных условиях и в условиях микрогравитации, вскрывали в асептических условиях ми-
кробиологического бокса. Кисломолочные продукты извлекали из спецпакетов в стерильные пробирки «Corning», после чего образцы продуктов были подвергнуты тщательному анализу по оценке их пробиотических и физико-химических характеристик.
Результаты исследования микробиологических и пробиотических характеристик кисломолочных продуктов представлены в табл. 1-3.
Одновременно полученные лётные и земные образцы кисломолочных продуктов были подвергнуты органолептическому анализу. Анализ был проведён специалистами Гос. НИИ ОЧБ. Было установлено, что полученные кисломолочные продукты обладают приятным, чистым кисломолочным вкусом, без посторонних привкусов и запахов. Следовательно, с этой точки зрения, можно считать, что эксперимент по получению кисломолочного пробиотического продукта из сухих компонентов на борту МКС членами экипажа МКС-50 был проведён успешно.
Характеристики продуктов по завершении космической фазы эксперимента представлены в табл. 1.
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Таблица 2
Соотношение штаммов L. acidophilus Д № 75 и Д № 76 (в %) в популяциях лётных и земных продуктов по завершении космической фазы эксперимента «Пробиовит» (на 15-й день после культивирования)
Штамм Инокулят Земной продукт Лётный продукт
ёмкость «Продукт»№ 3 ёмкость «Продукт»№ 4 ёмкость «Продукт»№ 3 ёмкость «Продукт»№ 4
Д № 75 27,5 ± 4,5 40 38 32 38
Д № 76 72,5 ± 5,5 60 62 68 62
На момент поступления лётных продуктов (т. е. на 15-й день после культивирования на борту МКС) титр жизнеспособных лактобацилл в ёмкости № 3 составлял 3 • 108 КОЕ/мл, а в ёмкости № 4-5 • 108 КОЕ/мл. Титры земных продуктов составляли 7,4 • 108 и 6,8 • 108 КОЕ/мл соответственно (см. табл. 1) Таким образом, в ходе полного цикла культивирования в условиях космического полёта количество жизнеспособных лактобацилл , полученных в условиях микрогравитации кисломолочных продуктов, было несколько ниже, по сравнению с земными. Однако титры жизнеспособных клеток лак-тобацилл во всех продуктах соответствовали пробиотической дозе, которая составляет не менее 1 • 108 КОЕ/мл конечного кисломолочного продукта [3].
Клетки лактобацилл во всех продуктах находились в физиологически активном состоянии, о чём свидетельствовали значения активной (рН) и титруемой кислотности (оТ). Морфология и длина клеток лактобацилл в лётных и земных продуктах были идентичными (различия длины клеток находятся в пределах разброса длин клеток каждой пробы).
Структуры популяций лактобацилл лётных продуктов были представлены 2-штаммовой формулой (табл. 2).
Лактобациллы, находящиеся в лётных и земных образцах продуктов проявляли выраженный антагонизм к условно-патогенным бактериям, средняя площадь зон задержки роста которых варьировалась от 845 до 2826 мм2 (табл. 3). При этом лактобациллы характеризовались высокой устойчивостью к контрантагонизму S. aureus и Ps. aeruginosa (размер зоны задержки роста L. acidophilus условно-патогенными бактериями не превышал 38 мм2).
Формирование структуры и консистенции кисломолочных продуктов.
Для оценки консистенции кисломолочных продуктов принято использовать показатели вязкости, удельной плотности, степень синере-зиса (расслоения продукта) и др. [8]. В связи с этим, в эксперименте была проведена оценка динамической вязкости земных и лётных образцов кисломолочного продукта. Как следует из табл. 1, лётные образцы обладают значительно более низкими значениями динамической вязкости и удельной плотности по сравнению с земными.
Важнейшими процессами, происходящими при выработке кисломолочных продуктов, являются кислотная коагуляция казеина и геле-образование, которые происходят под влиянием образующейся в процессе роста и размно-
Средняя зона задержки роста S. aureus и Ps. aeruginosa (мм2) Таблица 3
Штаммы УПБ Земной продукт Лётный продукт % от земного
ёмкость «Продукт» № 3 ёмкость «Продукт» № 4 среднее ёмкость «Продукт» № 3 ёмкость «Продукт» № 4 среднее
S. aureus 2612 2488 2550 2790 2934 2826 111
Ps. aeruginosa 862 828 845 841 903 872 103,2
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
жения лактобацилл молочной кислоты. Процесс полного структурообразования кисломолочного продукта с формированием сгустка наблюдается при рН 5 и ниже. Анализируя представленные в табл. 1 данные по активной кислотности конечных продуктов, рН которых составляет от 3,4 до 3,6, мы вправе ожидать, что они должны обладать ярко выраженной вязкостью. Это мы и наблюдаем применительно к земным образцам, вязкость которых превышает 18 Па.с. Что же касается лётных образцов, то вязкость их значительно ниже. По-видимому, это можно объяснить тем, что образующиеся во время формирования сгустка связи, по мнению специалистов, относятся к необратимо разрушающимся. Причём, механически разрушенные связи в последующем не восстанавливаются. Так было показано, что для ацидофилина, выработанного термостатным способом, исходная вязкость напитка составляла 1,79 Па.с, в то время как после механического разрушения связей сгустка она не превышала 0,013 Па.с. [8]. Таким образом, низкие значения динамической вязкости лётных образцов кисломолочного продукта мы можем отнести на счёт механического разрушения сгустка, наблюдаемого в процессе транспортировки продукта с борта МКС до места проведения анализа. Что же касается основных пробиотических характеристик кисломолочных продуктов, то полученные на борту МКС образцы близки по значениям к земным.
Выводы
1. В рамках выполнения КЭ «Пробиовит» разработана малостадийная технология «термостатного культивирования», позволяющая получать кисломолочный пробиотический продукт в поставленных на борт МКС пищевых спецпакетах, снаряженных сухими компонентами: посевным материалом и питательной средой.
2. Разработанная технология позволяет получать на борту ПКК кисломолочный проби-отический продукт посредством выполнения единственной операции - введения питьевой воды в спецпакет с сухим полупродуктом и последующего помещения пакета в бортовой термостат.
3. В результате проведения операции «термостатного культивирования» на борту МКС экипажем МКС-50 был получен кисломолочный продукт с высоким пробиотическим потенциалом.
3.1. Концентрация живых клеток L. acidophilus в лётных образцах составляет не менее 3,0 • 108 КОЕ/мл.
3.2. Клетки лактобацилл в образцах находятся в физиологически активном состоянии, имеют типичные размеры (длину) и морфологию.
3.3. Структуры популяций лактобацилл представлены 2-штаммовой формулой. Отмечено некоторое снижение в лётных продуктах по сравнению с земными образцами доли штамма Д № 75, продуцирующего внеклеточный полисахарид (слизистая раса).
3.4. Лактобациллы проявляют выраженный
антагонизм к УПБ (S. aureus и Ps. aeruginosa ) и
устойчивы к контрантагонизму УПБ.
Благодарности. Авторы выражают благодарность членам экипажа МКС-50 космонавтам А. Борисенко и С. Рыжикову за успешное проведение эксперимента «Пробиовит» на борту МКС.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильин В.К., Воложин А.И., Виха Г.В. Колонизационная резистентность организма в изменённых условиях обитания. Отв. Ред. Гальченко В. М: «Наука»; 2005.
2. Воробьева Л.И., Абилев С.К. Антимутагенные свойства бактерий (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2002; 38( 2.):115 - 27.
3. NATO ASI Series. Vol. Н 98. Lactic Acid Bacteria: Current Advances in Metabolism, Genetics and Applications. Edited by F. Bozoglu and B. Ray. Berlin: Springer; 1996: 1-136.
4. Nadathur S.R., Gould S.J., Bakalinsky A.T. Antimu-tagenicity of Fermented Milk. J. Dairy Sci. 1994;77: 3287 -95.
5. Кобатов А.И., Вербицкая Н.Б., Добролеж О.В. Космический эксперимент «Биоэмульсия»: итоги и перспективы. Биотехнология. 2014;4: 63 - 73.
6. Петров, Л.Н. Бактериальные пробиотики: биотехнология, клиника, алгоритмы выбора .. Под ред.Л.Н. Петров, Н.Б. Вербицкая, В.П. Добрица, В.Н. Галкин, Н.Л. Петров СПб.: 2008; ФГУП Гос.НИИ ОЧБ,
7. Kneifel W., Rajal A., Kulbe K. In Vitro behaviour of probiotic bacteria in culture media with carbohydrates of prebiotic importance . Microb. Ecol. in Health and Desease. 2000;12(1):
8. Горбатова К.К. Химия и физика молока. СПб: 2004.; «ГИОРД».
REFERENCES
1. Ilyin V.K., Volozhin A.I., Vikha G.V. Organism colonization resistance in changed habitat conditions[Kolonizatsionnaya rezistentnost organizma v izmenennykh usloviyakh obitaniya] Publ. Ed. Galchen-ko VF. Moscow: «Nauka»,;2005.(in Russian)
2. Vorobieva L.I., Abilev S.K. Antimutagenic Properties of Bacteria (Review) . Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobi-ologiya. 2002; 38.( 2.): 115 - 27.(in Russian)
3. NATO ASI Series. Vol. H 98. Lactic Acid Bacteria: Current Advances in Metabolism, Genetics and Applications. Edited by F. Bozoglu and B. Ray. Berlin: Springer. 1996. P. 1 - 136.
4. Nadathur S.R., Gould S.J., Bakalinsky A.T. Antimu-
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
tagenicity of Fermented Milk. J. Dairy Sci. 1994; 77: 3287-95.
5. Kobatov A.I, Verbitskaya N.B., Dobrolezh O.V. The Space Experiment "BIOEMULSION": Results and Prospects. Biotechnology. 2014;4: 63-76. (in Russian)
6. Petrov L.N. Bacterial probiotics: biotechnology, clinic, algorithm of selection [Bakterial'nye probiotiki: biotekh-nologiya, klinika,,algoritmy vybora]. Ed. Petrov L.N., Verbitskaya N.B., Dobritsa V.P., Galkin VN., Petrov N.L. Sankt Petersburg: FGUP «GosNII OChB» FMBA of Russia, 2008л136 s.(in Russian)
7. Kneifel W., Rajal A., Kulbe K. In Vitro behaviour of probiotic bacteria in culture media with carbohydrates of prebiotic important. Microb. Ecol. in Health and Desease, 2000;12(1): 27 - 34.
8. Gorbatova K.K. Chemistry and Physics of Milk [Khimi-ya I fizika moloka]. 2004. Saint Petersburg: «GIORD». 288ss.
Поступила 16 мая 2018 Принята в печать 20 августа 2018
