Blinde Passagiere an Bord

Natürlich ist es nicht wirklich überraschend: Auf der ISS tummeln sich nicht nur Astronauten und Versuchslebewesen, sondern auch Bakterien. Trotz gründlicher Vorsorge lässt sich das nicht ganz vermeiden, denn Menschen haben nun mal Bakterien an sich. Und nicht nur das: Man kann sogar einzelne Individuen lediglich anhand ihrer Mikroben-Signatur eindeutig voneinander unterscheiden.

Inzwischen hat man dank der DNA-Sequenzierung allerdings neue Methoden, um auch Art und Ausmaß der Kontamination auf der ISS genauer zu überprüfen. Das ist die eigentliche Nachricht an der Meldung, die in den vergangenen Tagen durch die Medien ging. Hier hat gerade das Ausmaß der Verunreinigung die Forscher nun doch überrascht, denn im Vergleich zur bakteriellen Belastung so genannter „Clean Rooms“ auf der Erde war – trotz umfangreicher Prophylaxemaßnahmen – die ISS wesentlich stärker verkeimt als Erstere. [1] *) Man vermutet, dass ein Teil der Mikroben über die Nutzlasten eingeschleppt wird, obwohl auch diese vor dem Verladen gründlich gereinigt werden.

Was auf der Erde ganz normal, relativ harmlos und in gewissem Ausmaß sogar nützlich ist (man denke nur an unsere Darm- und Hautflora), kann sich im Weltraum zu einem großen Problem auswachsen. Dies ist seit langem bekannt, und es sind mindestens drei Faktoren beteiligt, die derzeit weiter erforscht werden:

– Geschwächtes Immunsystem –
Erstens hat sich herausgestellt, dass längere Aufenthalte im All das Immunsystem der Astronauten schwächen. Stress, Strahlung und Schwerelosigkeit beeinträchtigen die Fähigkeit der Immunzellen, bestimmte Gene rechtzeitig zu aktivieren und so auf Viren, Bakterien, Pilze etc. zu reagieren. [2] [3] Die Signalübertragung wird erschwert [4], und obendrein verändert sich in der Schwerelosigkeit das Zytoskelett der Zellen. Sie verlieren somit an Motilität und können sich daher nicht mehr aktiv fortbewegen, um die Pathogene aufzuspüren und zu vernichten. [5]

– Stärkere Virulenz –
Damit jedoch nicht genug: Viele Erreger (darunter übrigens auch Karies) werden unter Schwerelosigkeit noch virulenter als sie unter irdischen Bedingungen ohnehin schon sind. Im Fall von Salmonellose-Erregern konnten Forscher 2007 nachweisen, dass dies mit dem RNA-bindenden Protein Hfq zusammenhängt. [6] Hfq spielt sehr vereinfacht ausgedrückt den Vermittler zwischen kleiner RNA und Boten-RNA. Es reguliert so in vielen Bakterien die Genexpression unter Stressbedingungen. Darüber hinaus weisen Bakterien unter anhaltender Schwerelosigkeit dickere Zellwände auf, sind widerstandsfähiger gegen Bekämpfungsmittel, haben einen größeren Hang, einen Bakterienrasen zu bilden und weisen zudem eine längere Überlebenszeit in menschlichen Fresszellen auf. [7] Zu allem Überfluss führt Schwerelosigkeit bei zahlreichen Bakterien auch noch zu einer erhöhten Toleranz gegenüber veränderten Temperaturen, osmotischen Verhältnissen und pH-Werten. [8] Sie werden zu veritablen Super-Bakterien.

– Verbreitungswege –
Unter irdischen Bedingungen sinken die Erreger irgendwann auf den Boden herab. In Raumfahrzeugen jedoch verbleiben sie in der Luft und können so viel leichter eingeatmet oder verschluckt werden oder sich über das Belüftungssystem in sämtliche Winkel des Fahrzeugs oder der Station verteilen. Überdies liegt es in der Natur der Sache, dass Raumfahrzeuge zur Belüftung nicht auf Frischluft zurückgreifen können. Somit werden die Erreger ständig im Kreis herum geschickt.

Natürlich werden, wie oben bereits erwähnt, vor und auf Raumflügen schon heute eine Reihe von Prophylaxe- und Gegenmaßnahmen implementiert:

– Möglichst gründliche Reinigung aller Gegenstände, die auf die ISS gelangen,
– Check-Ups und Impfprogramme
– Quarantäne vor dem Flug
– Verwendung von Erreger abweisenden oder gar bekämpfenden Materialien
– Hygieneprogramme

Antibiotika scheinen zwar eine einfache Lösung zu sein, jedoch verzeichnen Forscher zunehmend Resistenzen. Man sollte sie daher so sparsam wie nur irgendw möglich verwenden. Obendrein werden Antibiotika nicht von jedem vertragen und zerstören mit den Krankheitserregern oft auch Teile der Darmflora. Diese mit den wenig naturbelassenen Nahrungsmitteln der Astronauten wieder herzustellen, könnte schwierig sein. Es spricht also einiges dafür, der Vermeidung von Infektionen gegenüber der Bekämpfung den Vorrang zu geben.

Allerdings hat diese Strategie über längere Zeit unter Umständen auch Nachteile. Es gibt Hinweise darauf, dass statt der Infektionen dann verstärkt Autoimmunerkrankungen und Allergien auftreten könnten. [9] Diese sind oft noch schlechter behandelbar als akute Infektionen. Dennoch ist aber nicht von der Hand zu weisen, dass das Problem mit Bakterien in Raumfahrzeugen um so besser lösbar ist, je besser man Art und Ausmaß der Belastung kennt. Hier ist der neue Nachweisansatz über die DNA-Sequenzierung durchaus von Vorteil, denn man kann genauer identifizieren und gezielter bekämpfen.

Insgesamt gab es bisher rund 30 Infektionserkrankungen bei Besatzungsmitgliedern. Sie waren jedoch relativ gut behandelbar, und notfalls hätte man die Betroffenen auch relativ schnell zur Erde zurück holen können. Gerade auf erdfernen Langzeitflügen wird man allerdings darauf angewiesen sein, derartige Gefahren frühzeitig zu erkennen und einen Ausbruch der Infektion zu verhindern. Wann immer der erste Langzeitflug nun tatsächlich stattfinden mag…

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*) In den von Checinska, Probst etc. untersuchten Proben fanden sich unter anderem Schönheiten wie das Corynebakterium, welches Atemwegserkrankungen wie Diphterie hervorruft, und das Propionibakterium, ein Akne-Erreger, der aber auch Hirnabszesse und Arthritis verursachen kann. Derartige Erkrankungen sind gerade während einer Mission natürlich gelinde gesagt etwas unwillkommen.

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In diesem Video erklärt Millie Hughes-Fulford ihre eigenen Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der T-Zellen-Aktivierung:

[1] Aleksandra Checinska, Alexander J. Probst et al.: „Microbiomes of the dust particles collected from the International Space Station and Spacecraft Assembly Facilities„, Microbiome 2015, 3:50 doi:10.1186/s40168-015-0116-3

[2] „The Human Immune System in Space„, American Society for Biochemistry and Molecular Biology (ASBMB), April 2013

[3] Millie Hughes-Fulford, Jim Boonyaratakanakornkit et al.: „„Spaceflight alters expression of microRNA during T cell activation“„, The Journal of Immunology, 2011, 186, 109.16

[4] Oliver Ullrich , Kathrin Huber, Kerstin Lang: „Signal transduction in cells of the immune system in microgravity„, Cell Communication and Signaling, December 2008, 6:9

[5] http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Research/Goldfinger
sowie Michael R. Benoit, David M. Klaus: „Microgravity, bacteria, and the influence of motility„, Advances in Space Research, Band 39, Ausgabe 7, 2007, S. 1225 ff.

[6] J. W. Wilsona, C. M. Ott et al.: „Space flight alters bacterial gene expression and virulence and reveals a role for global regulator Hfq„, PNAS October 9, 2007 vol. 104 no. 41 16299-16304, doi: 10.1073/pnas.0707155104

[7] Leonard A. Mermel, „Infection Prevention and Control During Prolonged Human Space Travel„, Clin Infect Dis. 2013 Jan;56(1):123-30. doi: 10.1093/cid/cis861. Epub 2012 Oct 9.

[8] Jason A. Rosenzweig, Ohunene Abogunde et al.: „Spaceflight and modeled microgravity effects on microbial growth and virulence„, Appl Microbiol Biotechnol. 2010 January; 85(4): 885–891. Published online 2009 October 22. doi: 10.1007/s00253-009-2237-8

[9] H. Okada, C. Kuhn, H. Feillet, J.-F. Bach: „The ‘hygiene hypothesis’ for autoimmune and allergic diseases: an update„, Clin Exp Immunol. 2010 April; 160(1): 1–9. doi: 10.1111/j.1365-2249.2010.04139.x

Weitere Studien:
http://www.gizmag.com/nasa-esa-iss-microgravity-immune-system/35130/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11710376
http://www.jleukbio.org/content/92/6/1125.full
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130422132504.htm