Schimmel in zukünftigen Raumstationen vermeiden

Schimmel kann in den rauesten Umgebungen überleben. Um das Wachstum schädlicher Sporen auf zukünftigen Raumstationen zu verhindern, schlägt eine neue Studie einen neuartigen Weg zur Verhinderung ihrer Ausbreitung vor.

Forscher entwickelten einen Prognoseansatz zur Modellierung unbeabsichtigten mikrobiellen Wachstums in kritischen Bereichen und wendeten ihn auf das Leben auf der Internationalen Raumstation an.

Eine Analyse der von der Raumstation entnommenen Staubproben ergab, dass selbst eine wiederholte, kurzzeitige Einwirkung erhöhter Luftfeuchtigkeit zu schnellem mikrobiellem Wachstum und zu Veränderungen der Staubzusammensetzung führen kann, die das Gedeihen von Mikroben wie Pilzen erleichtern.

Die Studie liefere wichtige Erkenntnisse darüber, wie bei zukünftigen Missionen eine gesunde Umwelt aufrechterhalten werden könne, insbesondere da die kommerzielle Raumfahrtindustrie mehr Menschen dazu veranlasse, über der Erde zu leben und zu arbeiten, sagte Karen Dannemiller, Hauptautorin der Studie und außerordentliche Professorin für Bau-, Umwelt- und Geodäsieingenieurwesen sowie Umweltgesundheitswissenschaften an der Ohio State University.

„Es ist wirklich wichtig, die Belastungen zu verstehen, denen man im Weltraum ausgesetzt ist, unter anderem, weil wir bei Astronauten Veränderungen im Immunsystem beobachten“, sagte sie. „Normalerweise gesunde Menschen sind im Weltraum möglicherweise besonders anfällig für Mikroben, mehr noch als auf der Erde.“

Die Studie ist veröffentlicht im Journal Mikrobiom.

In der Vergangenheit gab es in vielen Raumfahrzeugen Probleme mit unbeabsichtigtem mikrobiellem Wachstum, da sie – ähnlich wie ein normales Zuhause auf der Erde – dazu neigen, die von Menschen abgegebene Feuchtigkeit einzufangen. Auf der ISS wird Staub normalerweise von den Menschen bei ihren täglichen Aktivitäten erzeugt. Wenn diese schwebenden Partikel jedoch nicht kontrolliert werden, können sie eine Reihe von negativen Gesundheitsproblemen für die Besatzung verursachen, wie Asthma oder Allergien, und Baumaterialien und Ausrüstung beschädigen.

Um sicherzustellen, dass die Staubwerte an Bord der ISS sorgfältig kontrolliert werden, müssen Astronauten jede Woche die Schutzgitter reinigen, die die Filter des Belüftungssystems der Raumstation abdecken. Im Rahmen dieser Studie wurden vier einzelne Vakuumbeutelproben des bei diesen Hausarbeiten gesammelten Staubs zur Untersuchung an Dannemillers Team geschickt.

Nachdem die Proben zwei Wochen lang bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit inkubiert worden waren, um ein Szenario zu simulieren, in dem ein unerwartetes Ereignis, etwa der vorübergehende Ausfall eines Belüftungssystems, zu Feuchtigkeitsschüben führen könnte, ergab die Analyse, dass Pilze und Bakterien in denselben konzentrierten Mengen wachsen können wie der Staub, der sich auf dem Boden von Wohnhäusern sammelt.

„Raumschiffe unterscheiden sich in Bezug auf ihr einzigartiges Mikrobiom in Innenräumen eigentlich nicht so sehr von denen auf der Erde“, sagte Nicholas Nastasi, Hauptautor der Studie und Postdoktorand am Indoor Environmental Quality Laboratory der Ohio State University. „Wenn man Menschen in einen Raum bringt, werden dort immer Mikroben sein. Daher ist es wichtig, ihre Ausbreitung zu verhindern, denn wenn sie erst einmal begonnen haben, ist es oft nicht so einfach, sie wieder loszuwerden.“

Raumschiffe sind besonders anfällig für mikrobielles Wachstum, da sie geschlossene Räume sind, in denen Menschen ständig Feuchtigkeit ausatmen. Wenn sich diese Feuchtigkeit ansammelt, kann Schimmel entstehen, wie man in früheren Raumstationen wie der Mir beobachten konnte. Obwohl die ISS über deutlich verbesserte Feuchtigkeitskontrollen verfügt, können immer noch leicht unerwartete Situationen auftreten, sagte Nastasi.

Obwohl die Umgebungen auf der Erde und im Weltraum auf ihre eigene Weise komplex sind, enthalten beide häufig ähnliche mikrobielle Kerngemeinschaften, sagte Nastasi. Darüber hinaus stellt das Wissen über die Entwicklung dieser Gemeinschaften sicher, dass gefährdete Personen sowohl auf der Erde als auch außerhalb der Erde über die erforderlichen Informationen verfügen, um ein gesundes Mikrobiom in Innenräumen der Raumstation aufrechtzuerhalten.

„Bei der Entwicklung einiger unserer aktuellen Raumstationssysteme haben wir bereits viele wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen, wie man die Feuchtigkeit unter Kontrolle hält“, sagte Dannemiller. „Jetzt lernen wir noch mehr, was wir nutzen können, um diese Systeme in Zukunft weiterzuentwickeln.“

Generell lässt die Studie auch darauf schließen, dass die Forschung des Teams später zur Entwicklung von Protokollen zum Planetenschutz beitragen könnte, die eine Kontamination der Erde oder anderer Himmelskörper, die Menschen besuchen könnten, verhindern sollen.

Als nächstes wird das Team wahrscheinlich herausfinden, welche Auswirkungen andere, noch nicht getestete Raumflugvariablen wie Mikrogravitation, Strahlung und erhöhte Kohlendioxidwerte auf das mikrobielle Wachstum in ähnlich funktionierenden Raumstationen wie der Mondstation Gateway der NASA oder anderen bevorstehenden kommerziellen Projekten haben. Viele ihrer kommenden Projekte werden auch vom terrestrischen Analogon des George Washington Carver Science Park der Ohio State University profitieren, einer Nachbildung des Wissenschaftsparks der Raumstation Starlab, der es Forschern ermöglichen wird, parallele Missionen auf der Erde durchzuführen.

„Es gibt viele weitere einzigartige Raumfahrtfaktoren, die wir möglicherweise zu diesen mikrobiellen Modellen hinzufügen können, um sie genauer und nützlicher zu machen“, sagte Nastasi. „Wir werden unsere Arbeit zur Erhaltung dieser gesunden Weltraumumgebungen weiter verfeinern und der beispiellose Zugang zu einer Plattform wie Starlab wird dabei enorm hilfreich sein.“