Eine 5-jährige mikrobielle Studie der Internationalen Raumstation (ISS) und ihrer Astronauten durch Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) und der NASA hat ergeben, dass der Lebensraum der ISS für seine Bewohner sicher ist.
Die Forschungsanstrengungen stellen die erste umfassende Charakterisierung des Umweltprofils (oder Mikrobioms) der Raumstation dar und sind die ersten, die das Mikrobiom der ISS mit dem Mikrobiom eines Astronauten unter Verwendung metagenomischer DNA-Sequenzierungstechniken vergleichen.
Ihre Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Mikrobiomist die Arbeit von Wissenschaftlern des LLNL, des in Pasadena ansässigen Jet Propulsion Laboratory (JPL) und zweier NASA-Zentren: dem Ames Research Center im kalifornischen Silicon Valley und dem in Houston ansässigen Johnson Space Center.
„Obwohl unsere Umfrage mehrere opportunistische Mikroben gefunden hat, sind wir zu dem Schluss gekommen, dass die ISS eine sichere Umgebung für die Astronauten ist“, sagte die LLNL-Biologin Crystal Jaing, eine Co-Autorin der Studie.
„Wir haben festgestellt, dass das Mikrobiom der ISS-Oberflächen stabil ist und dass der größte Teil des Mikrobioms mit der menschlichen Haut assoziiert ist“, sagte Jaing.
Jaings Kollegin Kasthuri Venkateswaran, Hauptautorin der jüngsten Veröffentlichung und Mikrobiologin am JPL, stimmte ihrer Einschätzung zu.
„Wir sehen die ISS-Umgebung als sicher an. Die Astronauten haben sie sauber gehalten, indem sie die Raumstation sauber gehalten haben.“
Venkateswaran nannte die LLNL-NASA-Zusammenarbeit „fabelhaft“.
„Wir haben alle harmonisch zusammengearbeitet, und die unterschiedliche Expertise der verschiedenen Institutionen hat dazu geführt, dass die Zusammenarbeit gut funktioniert hat“, sagte er und verwies auf die Flugerfahrung von JPL, die molekularbiologischen Fähigkeiten von LLNL und Johnsons virale Expertise.
Im Laufe der 5-jährigen Forschungsanstrengungen von 2015 bis 2020 führte das Team zwei große Studien durch. In dem von Venkateswaren geleiteten Projekt Microbial Tracking (MT)-1 wurde die mikrobielle Vielfalt von Raumstationsoberflächen und Luftproben sowohl mit konventioneller Mikrobiologie als auch mit molekularen Techniken charakterisiert. Die von Jaing geleitete MT-2-Studie erweiterte die erste Umfrage, indem sie Astronautenproben mit Proben von genau denselben Oberflächen verglich, die von MT-1 untersucht wurden.
In ihrer Arbeit zeigten Analysen nach dem Flug, dass Staphylococcus sp. und Malassezia sp. waren die am häufigsten vorkommenden Bakterien- bzw. Pilzarten.
Im Allgemeinen ist keiner dieser beiden Organismen schädlich, und diese Ergebnisse zeigen, dass das ISS-Mikrobiom von Organismen dominiert wurde, die mit der menschlichen Haut in Verbindung stehen.
„Insgesamt war die Oberflächenzusammensetzung der ISS abgesehen von einigen kleinen Änderungen während unserer fünfjährigen Studie extrem stabil“, sagte Jaing. „Es ist ein dynamischer Prozess, genau wie der menschliche Körper.“
„Die antimikrobiellen Resistenzgenprofile der ISS waren auch im Laufe der Zeit stabil, ohne Unterschiede über den Zeitraum der MT-1- und MT-2-Studien. Das bedeutet, dass das ISS-Mikrobiom keine neuen Antibiotika-resistenten Gene hat, was sicherer ist für die Astronauten.“
Etwa 29 antimikrobielle Resistenzgene wurden in allen Proben nachgewiesen, wobei Makrolid/Lincosamid/Steptogramin-Resistenzgene am weitesten verbreitet waren, schrieben die Autoren.
„Zusammen haben uns die MT-1- und MT-2-Studien über fünf Jahre hinweg mikrobielle Schnappschüsse der ISS geliefert und uns ermöglicht, das Mikrobiom der ISS-Oberfläche zu verstehen“, sagte Venkateswaran.
Die mikrobielle Zusammensetzung von Proben aus der Umgebung des Astronauten und der Raumstation wurde mittels metagenomischer Sequenzierung gemessen und mit dem Livermore Metagenomics Analysis Toolkit verarbeitet, einer Bioinformatik-Software, die Mikroben – einschließlich Bakterien, Viren oder Pilze – aus riesigen Mengen von DNA-Sequenzdaten schnell identifiziert .
Obwohl diese Studie aus dem Weltraum zurückgebrachte Proben verwendete, hat die NASA die Möglichkeit, Mikroben an Bord der Raumstation in Echtzeit zu identifizieren, und plant auch eine mikrobielle Überwachung in Echtzeit auf zukünftigen Raumfahrzeugen.
Die ISS ist eine der einzigartigsten versiegelten Umgebungen, die es im Weltraum oder auf der Welt gibt, wobei nur die Ankunft neuer Astronauten und Vorräte neue Mikroben einführt.
Die MT-1-Studie stand im Mittelpunkt von drei ISS-Missionen, während sich die MT-2-Studie auf Daten von vier Missionen stützte. Zusammen verwendeten die beiden Studien 352 Proben von Astronauten und 56 Proben der ISS-Oberflächenzusammensetzung.
Camilla Urbaniak et al, Microbial Tracking-2, eine metagenomische Analyse von Bakterien und Pilzen an Bord der Internationalen Raumstation, Mikrobiom (2022). DOI: 10.1186/s40168-022-01293-0