"Kranke" Raumschiffe verhindern

19. Mai 2007: Stellen Sie sich folgendes vor: Sie sind einer von mehreren Astronauten und befinden sich nach einer dreijährigen Mission zum Mars auf dem Weg nach Hause. Auf halbem Weg beginnt Ihr Raumschiff, an sporadischen Stromausfällen zu leiden. Also entfernen Sie eine wenig genutzte Serviceplatte und überprüfen die Verkabelung.

Ihre ungläubigen Augen sehen nahe der Verkabelung einen leuchtenden Tropfen aus dreckigem Wasser, von der Größe einer Grapefruit, in der Luft schweben. Und auf den Kabelverbindungen befinden sich eindeutig Schimmelflecken.

Dies geschah tatsächlich auf der Russischen Raumstation Mir. Als die Mir im Jahr 1986 gestartet wurde, "war sie so sauer wie die Internationale Raumstation als diese gestartet wurde," berichtet C. Mark Ott, Gesundheitswissenschaftler am Johnson Space Center in Houston, Texas. Und die Kosmonauten an Bord der Mir (genau wie die Astronauten aus Amerika und anderen Nationen an Bord der ISS) befolgten einen regelmäßigen Reinigungsplan, um alle Oberflächen der Raumstation zu reinigen und so das Wachstum von Bakterien und Schimmel zu verhindern, welche die menschliche Gesundheit gefährden könnten.

Rechts: Die Mir, wie sie im Jahr 1996 über Neuseeland fliegt. [Mehr]

Wo immer Menschen hinreisen, folgen ihnen die Mikroorganismen -- und schaffen sich ein eigenes Zuhause, dank Ihnen, wenn die Bedingungen stimmen.

In den späten 90ern fing die NASA an mit dem russischen Weltraumprgramm zusammenzuarbeiten, und die mikrobiologische Aktivität an Bord der Mir zu untersuchen. Für die Planung von lang andauernden Missionen wollten sie etwas über die Organismen lernen die, für eine lange Zeit eingeschlossen in einem Raumschiff, wo Luft und Wasser recycelt werden, wachsen können. Sie waren besonders interessiert, da die Mir während ihres 15 jährigen Aufenthalts im niedrigen Orbit, mehrere Stromausfälle erlitt, so dass Temperatur und Feuchtigkeit stark anstiegen und die Luftzirkulation unzureichend war, bis die Stromversorgung wiederhergestellt war.

Im Jahr 1998 haben Astronauten, die an den NASA 6 und NASA 7 Besuchen zur Mir teilgenommen haben, Proben von Oberflächen von Mir´s Kontrollcenter, Kantine, Schlafbereichen, Sanitäreinrichtungen, Sportgeräten und wissenschatlichen Geräten genommen. Stellen Sie sich ihre Überraschung vor, als sie die selten genutzte Serviceplatte in Mir´s Kvant-2 Modul öffneten und eine große Menge schwebendes Wasser sahen. "Augenzeugenberichten der Astronauten zufolge, war der Tropfen fast so groß wie ein Basketball," sagt Ott.  

Oben: Diese Staubmilbe wurde in dem Wassertropfen an Bord der Mir gefunden. Weitere eingesammelte Mikroorganismen waren Einzeller und Amöben. [Mehr]

Des weiteren war der Wassertropfen nur einer von vielen, die sich hinter verschiedenen Platten versteckten. Wissenschaftler schlossen später, dass das Wasser aus der Luft kondensiert war, das sich über die Zeit angesammelt hatte, als Wassertropfen sich in der Mikrogravitation miteinander verbanden.

Auch war das Wasser nicht sauber: zwei Proben waren bräunlich, und eine dritte war milchig weis. Hinter den Platten war die Temperatur angenehm hoch -- 28° C -- genau richtig für das Wachstum von allen Arten von Mikrobestien. Tatsächlich enthielten Proben, die mit Spritzen aus den Wassertropfen entnommen wurden und zurück zur Erde gebracht wurden, mehrere Dutzend Arten von Bakterien, plus einige Einzeller, Staubmilben und möglicherweise Spirochäten.

Aber warten Sie, da ist noch mehr. An Bord der Mir wuchsen auch Kolonien von Organismen auf "den Gummidichtungen um die Fenster herum, an den Komponenten der Weltraumanzüge, auf Kabelisolierungen und Schläuchen, auf der Isolierung der Kupferkabel und auf Kommunikationsgeräten," sagt Andrew Steele, Wissenschaftler am Carnegie Institut in Washington, der mit den anderen Forschern am Marshall Space Flight Center zusammenarbeitet.

Oben: Schimmelpilze an Bord der ISS, die auf einer Platte wachsen, auf die Sportsachen zum Trocknen gehängt wurden. "Dies ist ein gutes Beispiel dafür, dass eine biologische Kontamination kein altes Problem ist, oder nur auf der Mir auftrat," sagt Mark Ott. [Größeres Bild]

Abgesehen davon, dass es nicht schön aussieht, oder die menschliche Gesundheit gefährdet, können Mikroorganismen die Struktur des Raumschiffs selber angreifen. "Mikroorganismen können Karbonstahl und sogar rostfreien Stahl schwächen," fährt Steele fort. "In Ecken, in denen sich zwei unterschiedliche Materialien treffen, können sie einen elektrischen Kreislauf aufbauen und zu Korrosion führen. Sie können Säuren erzeugen, die Metal durchlöchern, Glas anätzen und Gummi brüchig machen. Sie können ebenfalls dazu führen dass Luft- und Wasserfilter verschimmeln."

Keime können also für die Gesundheit Raumschiffs ebenso schlecht sein wie für die Gesundheit der Besatzung.

Dies ist einer der Gründe, dass Marshall das Labor auf einem Chip entwickelt, oder Lab-On-a-Chip Application Development–Portable Test System, oder LOCAD-PTS. LOCAD-PTS ist ein Handheld Computer, der auf Vorkommen von Bakterien und Pilzen auf Oberflächen testen kann. Dies geschieht wesentlich schneller als mit Hilfe der Kultivierungsmethode, die Tage benötigt um Ergebnisse anzuzeigen und vielleicht erfordert, für eine weitere Analyse zur Erde zurückzukehren.

"LOCAD-PTS ist ein hervorragendes Beispiel für die Art von Geräten, welche Astronauten benötigen werden um autonom zu sein, während einer lange andauernden Mission zum Mars," erklärt Steele. "Mannschaften müssen in der Lage sein, ihre eigenen Bewertungen durchzuführen. Sie sind vielleicht nicht in der Lage, Proben zur Erde zu schicken." Obwohl kein elektrischer oder mechanischer Ausfall auf der Mir direkt auf einen biologischen Einfluss zurückzuführen war, "möchte man dieses Risiko auf einem Flug zum Mars nicht eingehen." 

Rechts: LOCAD-PTS, ein tragbares, biologisches Laboratorium. [Mehr]

Eine frühe Version von LOCAD-PTS, die auf eine bestimmte Kategorie von Bakterien testen kann (genannt Gram-negative Bakterien, die etwa die Hälfte aller Bakterien ausmachen), wird derzeit an Bord der ISS getestet. Neue Filter für das Gerät, die Anfang 2008 zur ISS geschickt werden sollen, werden in der Lage sein auf fast alle Bakterien zu testen (Gram-positive und Gram-negative), und auch auf Pilze. In der Zwischenzeit wird Steele diesen Herbst eine weiterentwickelte Version in der Antarktis testen, die 130 spezifische Mikroorganismen erkennen kann, und nicht nur die Kategorie zu der sie gehören.

Der Plan ist es ein Gerät zu entwickeln, dass tausende von individuellen Mikroorganismen identifizieren kann. "Die Testreihen auf LOCAD-PTS können darauf zugeschnitten werden, nach der Antwort auf eine bestimmte Frage zu schauen," sagt Steele. "Zum Beispiel kann ein Bereich nach Genen und chemischen Komponenten schauen, die mit biologischen Schädigungen des Struktur des Raumschiffs in Verbindung gebracht werden können, während ein anderer Bereich nach Gefahren für den Menschen schaut, oder Leben auf dem Mars sucht." 

Da man die Ergebnisse der Tests innerhalb von Minuten erhält, wüßten die Astronauten welche Art der Reinigung am besten funktioniert, um Raumschiff oder Unterkunft "gesund" zu halten.

Author: Trudy E. Bell | Production Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA