Auf der chinesischen Raumstation wurde eine neue, auf der Erde unbekannte Bakterienart entdeckt.

Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so scheint, sind die Menschen nicht die dominierenden Lebewesen auf unserem Planeten. Dieser „Titel“ gehört anderen, viel kleineren Wesen, die für uns unsichtbar sind, uns jedoch an Zahl, Ausdauer und Stärke übertreffen und, um fair zu sein, auch an der Fähigkeit, die Welt zu verändern, was sie bereits mehrfach getan haben. Die Erde, und das ist unbestreitbar, gehört den Bakterien .

Der Mensch ist ein äußerst empfindliches Wesen, ein Organismus, der nur in einem engen Temperaturbereich überleben kann und außerdem vor schädlicher Strahlung geschützt werden muss, eine bestimmte Atmosphäre atmen und in einer Umgebung mit einer bestimmten Menge an Feuchtigkeit und Nährstoffen leben muss. Bakterien hingegen haben sich, wie auch andere Mikroorganismen wie etwa Viren, so angepasst, dass sie praktisch überall problemlos überleben können. Manche leben kilometerweit unter der Erde, in gefrorenen Ödländern, Hunderte von Metern unter dem Eis begraben, in den Tiefen des Ozeans, in schwefelhaltigen Umgebungen und sind sogar tödlicher Weltraumstrahlung ausgesetzt.

Es ist daher kein Wunder, dass alle bemannten und automatisierten Missionen eine unerwünschte Ansammlung kleiner blinder Passagiere an Bord haben, ganz gleich, was die Raumfahrtbehörden zur Verhinderung unternehmen. Von den makellosen „Reinräumen“ der NASA bis hin zu Raumstationen im Orbit haben Viren und Bakterien eine erstaunliche Fähigkeit bewiesen, sich an die extremsten Umgebungen anzupassen und dort zu gedeihen . Ein Weltraumproblem, das nicht nur Fragen zu einer möglichen Kontamination anderer Planeten aufwirft, sondern Experten auch dazu zwingt, die Gesundheit von Astronauten auf Langzeitmissionen zu überdenken.

Um sicherzustellen, dass Raumfahrzeuge kein erdgebundenes Leben auf andere Welten transportieren und potenzielle einheimische Ökosysteme kontaminieren, verwenden die NASA und andere Weltraumagenturen sogenannte „Reinräume“. Dabei handelt es sich um streng kontrollierte Labore, die rigoros dekontaminiert werden, um das Vorhandensein jeglicher Form mikrobiellen Lebens zu minimieren. Dazu gehören der Einsatz spezieller Luftfilter, strenge Hygieneprotokolle und Materialien, die keine Partikel freisetzen. Das Ziel ist einfach: Wir wollen verhindern, dass Mikroorganismen als blinde Passagiere in unser Raumschiff „einschleichen“. Etwas, das sich bisher als unmöglich erwiesen hat.

Ein Paradebeispiel hierfür ist die Marssonde Phoenix der NASA, die vor ihrem Start im August 2007 in dieser Einrichtung vorbereitet wurde. Die Mission, die am 25. Mai 2008 erfolgreich in der Nähe des Nordpols des Mars landete, sollte in erster Linie nach Hinweisen auf unterirdisches Wassereis suchen. Dies sollte den Wissenschaftlern wiederum dabei helfen, die Geschichte des Klimawandels auf dem Mars zu verstehen und festzustellen, ob der Rote Planet in der Vergangenheit möglicherweise bewohnbar war oder sogar außerirdisches Leben beherbergte. Phoenix flog fast zehn Monate lang in Richtung Mars, bevor es mit schwindelerregendem Tempo in die Atmosphäre eintrat und in sieben Minuten sanft landete – ein historisches Manöver, das erstmals von Kameras anderer Orbitalmissionen aufgezeichnet wurde.

Doch trotz der damals eingeführten strengen Kontrollen haben Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA zusammen mit Forschern aus Indien und Saudi-Arabien gerade etwas Beunruhigendes entdeckt: 26 bislang unbekannte Bakterienarten in denselben Reinräumen, in denen Phoenix hergestellt wurde. Diese Mikroorganismen werden aufgrund ihrer enormen Überlebensfähigkeit in extremsten Umgebungen als Extremophile bezeichnet und sind wahre „Überlebensprofis“, die Bedingungen standhalten können, die die meisten Lebensformen innerhalb weniger Minuten auslöschen würden. Die Entdeckung wurde gerade in der Fachzeitschrift „Microbiome“ veröffentlicht.

Alexandre Rosado, Forscher an der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien und Mitglied des Studienteams, betont die Bedeutung dieser Erkenntnisse: „Unsere Arbeit“, erklärt er, „zielte darauf ab, das Risiko zu verstehen, dass sich Extremophile in Weltraummissionen ‚einschleichen‘, und herauszufinden, welche Mikroorganismen die rauen Bedingungen im Weltraum überleben könnten.“

Aber es ist keine leichte Aufgabe. Tatsächlich hat sich die vollständige Ausrottung mikrobiellen Lebens, egal wie intensiv die Bemühungen auch sein mögen, als gewaltige Aufgabe erwiesen. Die Autoren des Artikels führten genetische Untersuchungen an Proben durch, die in der Hazardous Payload Servicing Facility im Kennedy Space Center der NASA in Florida gesammelt wurden, einer der letzten Stationen der Phoenix vor dem Start. Und sie fanden 53 Stämme, die, wie sich herausstellte, zu 26 völlig neuen Arten gehörten.

Durch die Analyse ihrer Genome suchten Wissenschaftler nach Hinweisen, die ihre außergewöhnliche Überlebensfähigkeit erklären könnten. Und sie fanden heraus, dass der Schlüssel in bestimmten Genen liegen könnte, die mit der DNA-Reparatur und der Entgiftung schädlicher Substanzen sowie einem verbesserten Stoffwechsel in Zusammenhang stehen. Ein ganzes geheimes genetisches Arsenal, um allem zu widerstehen, was kommt.

„Die in diesen neu entdeckten Bakterienarten identifizierten Gene“, bemerkt Junia Schultz, eine KAUST-Forscherin und Hauptautorin der Studie, „könnten auch für Anwendungen in der Medizin, der Lebensmittelkonservierung und anderen Branchen modifiziert werden.“ Beispielsweise könnte die Fähigkeit dieser Mikroorganismen, ihre DNA unter extremen Bedingungen zu reparieren, als Inspiration für neue Gentherapien oder die Entwicklung widerstandsfähigerer Materialien dienen.

Kasthuri Venkateswaran, ein pensionierter JPL-Wissenschaftler und Hauptautor der Studie, fasst die Tragweite der Entdeckung wie folgt zusammen: „Gemeinsam entschlüsseln wir die Geheimnisse von Mikroben, die den extremen Bedingungen des Weltraums standhalten – Organismen mit dem Potenzial, die Biowissenschaften, die Biotechnik und die interplanetare Erforschung zu revolutionieren.“

Das Problem unerwünschter Mikroorganismen beschränkt sich jedoch nicht nur auf Zubereitungsräume. es erstreckt sich auf den Raum selbst. Dort oben werden menschliche Lebensräume wie Raumstationen oder bemannte Raumfahrzeuge zu einzigartigen Ökosystemen für mikrobielles Leben. Beispiele gibt es in Hülle und Fülle und das neueste wurde erst vor ein paar Tagen enthüllt. Eine kürzlich im International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology veröffentlichte Studie chinesischer Wissenschaftler hat eine neue Bakterienart namens Niallia tiangongensis enthüllt, die auf der chinesischen Raumstation Tiangong entdeckt wurde. Dieses Bakterium, das auf der Erde noch nie beobachtet wurde, verfügt über Eigenschaften, die ihm unglaublicherweise dabei helfen, unter belastenden Umweltbedingungen Hunderte von Kilometern über der Oberfläche unseres Planeten zu „funktionieren“.

Proben für diese Studie wurden im Mai 2023 von der Besatzung von Shenzhou-15 aus einer Kabine an Bord der Raumstation entnommen, als Teil eines von zwei Programmen zur Untersuchung des Mikrobioms des Wohnbereichs der chinesischen Raumstation. Nachfolgende Studien verfolgten das Wachstum der Mikroben an Bord der Raumstation und enthüllten ein ganzes Mikrobiom, das sich sowohl in seiner Zusammensetzung als auch in seiner Funktion von dem zuvor an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) gefundenen unterscheidet. Der Unterschied zeigt deutlich, dass sich in jedem spezifischen „Weltraumhabitat“ eine eigene, einzigartige Mikrobenpopulation entwickeln kann, die von Faktoren wie den Materialien des Raumfahrzeugs, der Ernährung der Astronauten und den Hygieneprotokollen beeinflusst wird.

Die neue Art Niallia tiangongensis scheint ein enger Verwandter eines bekannten Stammes namens Niallia circulans zu sein, einem im Boden lebenden stäbchenförmigen Bakterium, das vor einigen Jahren in eine neue Gattung umklassifiziert wurde, nachdem man es für eine pathogene Form von Bacillus gehalten hatte. Wie andere Bacillus-Arten verpacken Niallia circulans und seine weltraumgebundenen Verwandten ihre lebenswichtigen chemischen Stoffe in widerstandsfähigen Sporen, die in der Lage sind, Zeiten großer Belastung zu überstehen. Es ist unklar, ob sich Niallia tiangongensis auf der Station selbst entwickelt hat oder als Spore dort ankam, wobei einige seiner charakteristischen Merkmale bereits vorhanden waren. Es besteht kein Zweifel daran, dass die genetische Plastizität und Anpassungsfähigkeit dieser Organismen wirklich erstaunlich sind.

Die Analyse der Gene und Funktionen von Niallia tiangongensis hat ergeben, dass diese neue Art über die einzigartige Fähigkeit verfügt, Gelatine als Stickstoff- und Kohlenstoffquelle abzubauen. Diese Fähigkeit ist sehr praktisch, wenn eine schützende Biofilmschicht aufgebaut werden muss, um sich vor rauen äußeren Bedingungen zu schützen. Andererseits scheinen die Bakterien die Fähigkeit verloren zu haben, andere energiereiche Substanzen zu verwerten, die ihre terrestrischen Artgenossen routinemäßig konsumieren. All dies zeigt, wie leicht sich einige Bakterienstämme an unsere Lebensräume in der Umlaufbahn anpassen und dort etablieren können. Und ehrlich gesagt können wir anscheinend wenig dagegen tun.

Ob Niallia tiangongensis eine Gesundheitsgefahr für die Astronauten der Tiangong-Mission darstellt, muss noch geklärt werden. Angesichts der Fähigkeit seines erdbewohnenden Verwandten, bei immungeschwächten Patienten eine Sepsis auszulösen, und seiner neu entdeckten Fähigkeit, Gelatine abzubauen, ist das Risiko von Gesundheitsproblemen durch dieses und andere Weltraumbakterien jedoch wahrscheinlich ein ernstes Problem.

Da wir uns auf Missionen zum Mond und darüber hinaus konzentrieren, ist es heute wichtiger denn je, genau zu wissen, wie sich die winzigen, ungebetenen Passagiere, die unsere Raumschiffe und Raumstationen mit uns teilen, an das Leben so weit weg von zu Hause gewöhnen. Daher ist die Untersuchung von Mikroorganismen im Weltraum nicht nur eine Frage der Biosicherheit, sondern auch ein Fenster zur Widerstandsfähigkeit des Lebens und eine Quelle potenzieller Entdeckungen, die der Menschheit sowohl auf der Erde als auch bei unseren zukünftigen Abenteuern im Weltraum von Nutzen sein könnten.