Гифа – всему голова!

Интервью с начальником сектора биоповреждений лаборатории «Климатические, микробиологические исследования и пожаробезопасность материалов» Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) Георгием Михайловичем Бухаревым.

Выпускник кафедры микологии и альгологии биофака МГУ им. М.В. Ломоносова, до прихода в ВИАМ Георгий Бухарев занимался изучением воздействия биоцидов на плесневые грибы, а с 2013 года исследует авиационные материалы на стойкость к этим микроорганизмам.

Грибы в силах спровоцировать нарушение нормального функционирования техники, а в редких случаях могут вызвать серьезное авиапроисшествие, они способны расти на поверхности различных материалов, а так же в топливе. Впрочем, при своевременных проверках и специальной обработке, как утверждает ученый, плесневеть ничего не будет.

- Георгий Михайлович, на чем сосредоточено внимание вашего сектора?

- Основная часть нашей работы заключается в испытаниях материалов на стойкость к микроорганизмам вообще и к микроскопическим грибам, в частности.

Мы исследуем, как минимум, весь спектр неметаллических материалов, которые разрабатывает ВИАМ. Как правило, это гостированные испытания: оцениваем, способны ли микроскопические грибы (микромицеты) расти на поверхности материала или нет.

Также мы помогаем разработчикам материалов совершенствовать защиту от микроорганизмов. Например, сейчас занимаемся проверкой различных биоцидов, так называемых фунгицидов, потому что в первую очередь работаем «против» грибов и заняты подбором необходимых концентраций.

Защиту от биологического повреждения можно назвать нашей второй задачей.

Мимо нашего Испытательного центра не проходит ни одна лаборатория-разработчик ВИАМ. Более того, к нам обращается множество различных сторонних организаций, зачастую даже не связанных с авиацией, но также заинтересованных в испытаниях на микологическую стойкость материалов и горючего.

Кроме испытаний материалов и подбора средств защиты, мы выполняем микробиологический анализ поверхности материалов, исследуем различные технические жидкости: топливо, смазывающие или охлаждающие жидкости, масла, смазки на наличие микроорганизмов.

- Чем грибы заслужили такое внимание?

- Из всего многообразия микроорганизмов, способных повреждать материалы, именно грибы наносят ощутимый вред материалу: приводят к биохимической эрозии поверхности, а также способны активно (в отличие от бактерий) проникать в толщу материала. Сродни классическому школьному примеру о том, как растения проламывают асфальт, грибы, образно говоря, могут «проходить сквозь стены».

Происходит это и за счет специфических особенностей роста тела гриба – так называемых гиф, а также за счет особых ферментов, выделяемых во внешнюю среду. В естественных условиях эти «отходы» жизнедеятельности грибов разрушают такие природные полимеры, как целлюлоза и лигнин, до простых сахаров. Ферменты грибного происхождения могут разрушать и полимерные материалы, созданные человеком. Порезав полимер на маленькие кусочки, грибы используют их в качестве питания.

Поэтому особую угрозу микромицеты несут, в первую очередь, широко представленным в авиационных изделиях эластомерным материалам, таким как резина, герметики, полиуретаны.

- Как грибы проникают в самолет и что происходит затем?

- На поверхность самолета и внутрь него микроорганизмы попадают из воздуха. Для их эффективного роста необходима влага и, желательно, наличие какого-либо органического загрязнения. Как правило, после начала роста происходит медленное нарушение химических и, как следствие, механических свойств этого материала. Так, в идеальных лабораторных условиях показано, например, что незащищенные резины и герметики под воздействием грибов «разжижаются», становятся более эластичными и менее прочными. В жизни, на реальной технике эти процессы идут обычно существенно медленнее, но при благоприятных условиях они могут привести к нарушениям герметичности изделий.

Другая серьезная проблема, которую нельзя игнорировать: способность грибов расти в топливах. Растут они только в присутствии воды. Но особенность заключается в том, что вода всегда есть в крупной авиатехнике: как бы мы ни старались, остается конденсат из воздуха. И вместе с конденсированной водой внутрь резервуаров могут попасть споры определенных грибов.

Развивающиеся на границе воды и топлива грибы (а именно на границе фаз они растут) могут образовывать так называемую пробку и эмульгировать воду в составе топлива. В лабораторных условиях этот процесс можно наблюдать во время испытаний топлив в пробирке: образовавшаяся мицелиальная пробка удерживает от смешивания топливо и воду при переворачивании пробирки вверх тормашками. Для техники образование таких пробок чревато нарушениями подачи топлива и повышенным образованием нагара. Вероятность такого неприятного сюрприза повышается для техники, длительное время хранившейся в заправленном виде. Эта проблема наиболее актуальна для малой и военной авиации, где самолеты могут эксплуатироваться нерегулярно. Забитый топливопровод и фильтр в дальнейшем приведет к ЧП.

Данный вопрос мы с коллегами как раз поднимали в наших докладах на недавней конференции «Авиатопливообеспечение-2019». Обязательная проверка техники после простоя на наличие в горючем специфических микроорганизмов – жизненно важная необходимость! Благо, сейчас на рынке есть эффективные решения, чтобы выяснить это за минуты. Поскольку эта проблема вполне реальна, многие НПЗ регулярно проверяют у нас свое авиационное топливо на грибостойкость.

Другим узким местом является слив остатков керосина из техники в топливохранилище. Потенциально это может приводить к заражению больших объемов топлив. С точки зрения рациональности в данном случае самый лучший путь – проверять топливо как перед сливом, так и перед следующей заправкой самолета.

Другая частая проблема, которую мы наблюдаем при лабораторных испытаниях, повреждение проводки, обрастание в стыках изделий. И если грибы не вызывают коррозию и деструкцию материала напрямую, то за счет эффекта фитиля они могу аккумулировать влагу и усиливать эти процессы. При развитии микромицетов на поверхностях, защищенных лакокрасочными покрытиями, они способны интенсивно окрашивать их, снижать защитные свойства ЛКП.

К счастью, современные углепластики, использование которых в конструкциях авиатранспорта растет, достаточно инертны и тверды для того, чтобы устоять перед микробиологическим воздействием.

- А возможно ли применить универсальную химию, истребляющую все опасные грибы?

- Тут так просто не отделаешься. Нюанс в том, что при бесконтрольном применении препаратов мы рискуем получить, как минимум, резистентные штаммы грибов, которые смогут активно распространяться. Если в медицине подобные действия очень жестко регламентированы, то в сельском хозяйстве, например, для лечения крупного рогатого скота или для протравки семян специальными антибиотиками-фунгицидами нередко злоупотребляют. Их действие для всех микроскопических грибов примерно одинаково: вырабатываются единые механизмы устойчивости. Применив их для защиты материалов широко и бесконтрольно, можно получить множественную устойчивость грибов и самые непредсказуемые последствия.

Например, я для себя неожиданно узнал, что в качестве ингибиторов коррозии используют, в том числе, вещества из так называемой группы азолов – но это самые обычные фунгициды! А разработчики этих ингибиторов коррозии не знают об этом! Не знают этого и те, кто применяет их для контроля грибов.

Наша стратегическая задача – не истребить, а максимально глубоко понять механизмы, которые позволяют грибам разрушать материал. Досконально изучив, как проходят эти процессы, мы можем этими процессами управлять.

- Насколько Испытательный центр ВИАМ и прикладная специфика сектора способствуют пониманию механизмов?

- Важная часть исследовательской работы сектора – научный поиск. Например, мы выделяем микроорганизмы с поверхности материалов, которые экспонируются на так называемых микологических площадках Центра, и проводим проверку этих микроорганизмов на деструктивную активность. Выделенные организмы, показавшие свою агрессивность, мы сохраняем. У нас в ВИАМ даже есть собственная коллекция грибов.

- Какова процедура испытаний на грибостойкость? 

- Строго по ГОСТу приготавливается так называемая «споровая суспензия» и потом аэрозольным способом наносится на материал, на образцы, которые содержатся в идеальных условиях для роста грибов. Есть и контрольная группа — тот же самый материал, в тех же условиях, но без грибов. 

Самый популярный срок испытания — 30 дней. По окончании испытаний мы обязательно проверяем образцы визуально, собираем небольшой консилиум, чтобы исключить элемент субъективности. Если однозначных выводов нет, то наступает время проверки под стереомикроскопом.

В свое время ВИАМ закупил очень качественный стереомикроскоп с великолепной оптикой. Всегда приятно работать на качественном оборудовании. И когда я это делаю, всегда вспоминаю добрым словом руководство ВИАМ и, конечно, нашего Генерального директора, академика РАН Евгения Николаевича Каблова за его внимательность к нуждам науки, точность в принятии решений. Надо отдать должность политике руководства: у нас есть лучшее из возможного!

- На какие показатели вы опираетесь, оценивая угрозу того или иного микроорганизма?

- На интенсивность развития грибов. Но есть и тонкости, которые постигаются только с опытом. Бывает, мы точно знаем, что материал стоек и на нем жизнедеятельность обречена, но… грибные гифы растут! Это именно тот случай, когда форма образца имеет значение! Например, линзовидная форма материала с гидрофобным покрытием накапливает влагу в середине, как в чаше. А у грибов есть такой кворум-эффект: когда их очень много – они стимулируют друг друга к прорастанию. Они прорастают, но, в отсутствие органического питания, потом умирают. Но сначала может возникнуть ощущение, что материал серьезно поражен. А это ложноположительный результат! Если сделать форму выпуклую, то никакой гриб не зацепится!

Важную роль имеет и развитость поверхности. На шершавом материале всегда может осесть внешняя грязь, и уже это провоцирует развитие микроорганизмов. Они не будут напрямую портить материал. Но своими выделениями могут чуть-чуть ускорить процессы климатического старения. Поэтому нельзя забывать, что на материал действует совокупность внешних факторов.

Синергизм разных факторов разрушения, в котором активно участвуют грибы, хорошо иллюстрирует известный случай на станции «МИР»: под конец существования станции на ней стала активно развиваться плесень. Как это могло случиться в условиях стерильности? Оказалось, в космосе идет радиационное старение полимерных материалов с их деполимеризацией. На такой «почве» микроорганизмы получают возможность развиваться.

- Думаю, это увлекательно – следить за жизнью грибов…

- Ну, в нашей деятельности есть элементы рутинности. При выполнении испытаний должны очень четко выполняться определенные стандарты, иначе результаты будут необъективными. Но микроорганизмы – живые! И испытываем мы их все время на разных материалах.

- Меняются ли со временем способы испытаний материалов на микробиологическую стойкость?

- С одной стороны, мы ограничены требованиями ГОСТ, где четко прописано, как следует проводить испытания. С другой, соблюдение ГОСТ обеспечивает сравнимость результатов. Но иногда, в зависимости от насущных задач, мы идем на некое новаторство методов исследования. Например, чтобы решить проблему сроков. Нередко заказчики просят ускорить получение окончательных результатов. Но если на механических испытаниях можно увеличить количество установок, рвущих материал, и рвать в два-три раза быстрее, у нас, как в том анекдоте – «9 женщин не родят ребенка за один месяц». Мы не можем заставить организмы расти быстрее. Но выход есть. В случае сжатых сроков мы обеспечиваем наиболее оптимальные условия и даем большую микробиологическую нагрузку, хотя это и не всегда нужно. У нас нет задачи, грубо говоря, «убить материал». Надо показать реальное состояние дел. Ведь даже наши лабораторные испытания – в большинстве случаев они идеальные по сравнению с жизнью. В общем, наша работа строится в логике соблюдения баланса рациональности и идеалистического подхода.

- Коллектив вашего сектора, должно быть, тоже сбалансирован?

- Вместе со мной в секторе сегодня работают 7 профессионалов, из них 2 кандидата биологических наук.

Не могу не вспомнить недавно ушедшую из жизни Аллу Васильевну Полякову, которая посвятила 51 год работе в ВИАМ, оставив нам большой практический опыт работы с грибами.

При всей взаимозаменяемости – сеять грибы и определять их может любой из нас, все-таки мы следуем принципу, сформулированному Генри Фордом: разделение труда повышает производительность. Поэтому у каждого есть свой фронт работы.