Mikrobiologie unter Marsbedingungen in Stratosphäre

Bakterien und Pilze gehören zur Natur und auch zum Menschen. Einmal mehr diente ein Stratosphärenballon als Testfeld spätere Experimente im All. „Bakterien werden in der Raumfahrt bereits seit den Apollo-Missionen erforscht. Auch Pilze sind ‚weltraumrelevante Organismen‘. Die Forschung an ihnen steckt allerdings erst in den Anfängen“, sagt Prof. Dr. Ralf Möller, Mikrobiologe am DLR-Institut für Luft– und Raumfahrtmedizin in Köln.

Astrobiologen des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) schickten im September 2019 einen ganzen „Zoo“ aus Mikroorganismen wie Bakterien und Schimmelpilze mit einem Stratosphärenballon der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA auf eine neunstündige Reise bis 30 Kilometer über der Erde. Dort hat die Erdatmosphäre eine deutlich verminderte Schutzwirkung. Temperatur, Atmosphäre, Strahlung und Druck ähneln eher den Bedingungen auf dem Mars.

Hartes UV zuviel für die Bakterien

Die Proben des MARSBOx-Projekts wurden vom DLR-Team in den vergangenen Wochen analysiert, jetzt liegen die vorläufigen Ergebnisse der Biologieexperimente vor: Bakterien sind zu einem Großteil abgetötet worden. Vor allem die starke UV-Strahlung machte den Bakterien zu schaffen. Nur wenige Staphylokokken, Keime im menschlichen Körper, überlebten die Reise.

Sporen von Schimmelpilzen dagegen haben unter den extremen Bedingungen in der Stratosphäre besser überlebt. Die Zusammenarbeit von Möllerl Team mit dem Ames Research Center der NASA bei dem Stratosphärenflug bot die Chance, einen Probenträger unkompliziert und kostengünstig fliegen zu lassen. Viele der Bakterien und Pilze sind zum ersten Mal in großer Höhe getestet worden.

Pilze: mehr Resistenz und DNA-Reparatur

Dass bestimmte Pilze bei diesen extremen atmosphärischen Bedingungen resistenter sind, erklärt Ralf Möller so: „Schimmelpilze bilden zur Verbreitung Sporen aus, die sehr resistent gegenüber extremen Umweltbedingen wie Trockenheit und Strahlung sind. Außerdem haben Pilze sehr effiziente Schutzmechanismen vor Strahlung wie etwa starke schwarze Pigmentierung und eine effektive DNA-Reparatur.

Viele Bakterien haben zwar ähnliche Eigenschaften, jedoch sind die Schimmelpilzsporen eindeutig resistenter gegenüber den extremen Marsbedingungen als die von uns getesteten Bakterien. Die Ergebnisse zeigen uns, wie wichtig es ist, weiter an Mikroorganismen und insbesondere an Pilzen und ihren Überlebenseigenschaften im Weltraum zu forschen – nicht zuletzt für die Gesundheit der Astronauten auf Langzeitmissionen zu Raumstationen oder später zu Habitaten auf Mond und Mars.“

Mikroorganismen – heikel in der Raumfahrt

Ob äußerlich auf der Haut oder im Organismus, viele Arten sind harmlos oder sogar nützlich. Es gibt aber auch solche, die ernsthafte Erkrankungen auslösen. Auf Raumstationen oder in zukünftigen Reisen zu anderen Planeten stellen sie unsichtbare Gefahren für die Raumfahrerinnen und Raumfahrer dar. Zudem geht es um die sogenannte Planetary Protection: Werden mit Bakterien oder Pilzen besetzte Lander, Rover oder andere Raumfahrzeuge auf Planeten und Himmelskörpern abgesetzt, könnten sie die Oberfläche kontaminieren.

Für das Team des DLR geht die Forschung an Mikroorganismen unter Weltraumbedingungen bald weiter: Bereits im Sommer 2020 sollen Proben für eine große Testkampagne zur Internationalen Raumstation ISS gebracht werden, um Kurz- und Langzeiteffekte bei Schwerelosigkeit zu untersuchen.