Schutz gegen blinde Weltraum-Passagiere

Bei dem Experiment „MICHA - Mikrobiologie und Gesundheit in geschlossenen Systemen“ geht es um Mikroorganismen, die im Weltraum schwere Schäden anrichten können. Das geschlossene „Weltraumsystem Mars500“ ist der ideale Testraum zur Erfassung mikrobieller Populationen in der Luft, an Oberflächen von Wänden und Apparaturen sowie am Menschen. Ziel des Experimentes ist es, spezifische Reinigungs- und Sterilisationsverfahren für Raumfahrzeuge weiterzuentwickeln.

Hintergrund: Lange bevor die ersten Astronauten die Internationale Raumstation betraten, existierten dort bereits Lebewesen – Mikroorganismen: Man sieht sie nicht, man riecht sie nicht, man spürt sie nicht. Und dennoch sind die da, trotz desinfizierender Maßnahmen und Reinraumbedingungen für Raumfahrtprodukte. Das trifft auch auf die Mars500-Probanden und ihr Raumschiff zu.
Die biologisch kleinsten Lebewesen – Viren, Bakterien und Pilze – sind nahezu überall anzutreffen, selbst in den unwirtlichsten Gegenden des Planeten Erde: im Eispanzer am Südpol, in radioaktiv verseuchten Böden, in Geysiren, in über 100 Grad heißen Tiefseeschloten, in Salzlaken, tief im Erdinneren, in den Ozeanen, in der Atmosphäre.
In einem Kubikmeter Luft befinden sich mehrere hunderttausend Mikroben. Selbst im Weltraum, an Bord von Raumschiffen und Raumstationen besitzen sie die unheimliche Fähigkeit zu überleben und sich in einer für sie meist feindlichen Umgebung zu reproduzieren. Die blinden Passagiere sind wahre Anpassungskünstler.
Für den Menschen sind die meisten Mikroben nicht nur harmlos, sie sind sogar nützlich, ja überlebensnotwendig. Bakterien helfen das Essen zu verdauen, wandeln Nährstoffe um, erzeugen Vitamine, darunter die so wichtigen K-Vitamine, die für die Blutgerinnung, den Knochenstoffwechsel und die Zellwachstumsregulierung notwendig sind. Zudem bewahren ihn die körpereigenen resistenten Mikroben vor einer Infektion mit gefährlichen Mikroorganismen.

Erfahrungen mit Russlands MIR-Station

Aber es gibt auch aggressive Mikroben, die Materialien angreifen und zu einer Gesundheitsbedrohung für die im Weltraum arbeitenden Personen werden. Hier bot die russische MIR-Station reichlich Lehrstoff. In ihren mit Gegenständen zugestellten verwinkelten Raumstationsmodulen gab es viele Ecken, die nicht genug gereinigt und belüftet werden konnten. Die Ventilatoren, die für einen beständigen Luftzug sorgen müssen, schafften es nicht. Und die Wärmezirkulation (Konvektion), die auf der Erde automatisch für einen natürlichen Luftaustausch sorgt, scheidet aufgrund der fehlenden Schwerkraft aus. Folgen: In Teilen der Raumstation stand die Luft, es bildeten sich Kältefallen.

Hinzu kommt der Faktor Mensch. Über Nahrung und Getränke nimmt er täglich etwa 2,7 Liter Wasser zu sich. Das Meiste davon wird vom Körper wieder ausgeschieden, entweder in flüssiger Form (Urin, Schweiß) oder als Wasserdampf beim Ausatmen oder durch die Poren der Haut. Würde der vom Körper ausgeschiedene Wasserdampf nicht der Luft wieder entzogen werden, würde sich das Innere einer Raumstation schnell in eine Sauna verwandeln. Hierfür ist das Lebenserhaltungssystem zuständig. Es steuert die Luftfeuchtigkeit, reinigt die Luft, filtert Partikel heraus und sorgt für eine angenehme Raumtemperatur. Dennoch sammelten sich in den Ecken Staub, Krümel, Hautschuppen und Feuchtigkeit. Der ideale Nährboden für Mikroben.

Dort, wo die Kosmonauten nicht putzen konnten, bildeten Bakterien und Pilze Biofilme an Wänden, Kabeln und empfindlichen Materialien der technischen Ausstattung, was zu Funktionsausfällen von Geräten führte. Biofilme sind mikrobielle Lebensgemeinschaften von außergewöhnlicher Zähigkeit, die mit einfachen Putztüchern nicht beseitigt werden können. Mehr noch: Die Mikroben knabberten Kabel, Stecker und Apparaturen aus Metall an, ließen selbst Quarzfenster nicht aus. Schimmel- und andere Pilzsorten breiteten sich mit ihren Sporen an unzugänglichen Stellen aus und gediehen prächtig. Da die blinden Passagiere nahezu alles fraßen, richteten sie große Schäden in der MIR-Station an.

Konsequenzen für die Raumstation ISS

Für die Wissenschaftler und Ingenieure galt und gilt es daher, Wege zu finden, um schädliche Mikroorganismen unter Kontrolle zu halten. Bei der ISS wurden bereits alle Bauteile vorsorglich mit Anstrichen versehen, die pilztötende Chemikalien enthalten. Ein effizientes Mittel, das Wachstum der Mikroorganismen zu verlangsamen, ist zudem ein besserer Luftzug, der alle Bereiche der Station gleichermaßen erfasst und die Reduzierung der Luftfeuchtigkeit auf 65 bis 70 Prozent. Pilze mögen höhere Feuchtigkeitswerte.

Oberstes Ziel des ISS-Betriebes ist es Mikroben vom Wachsen auf Oberflächen, in Winkeln und Ritzen abzuhalten. Wenn sie erst einmal auf Oberflächen sitzen, erzeugen Pilze eine Säure, die zur Korrosion des Materials führen kann. Sie beginnen dann das Material als Nahrungsquelle zu verwenden und bauen es schließlich ab. So bleibt den Crews – trotz reduzierter Luftfeuchte sowie verbesserter Belüftungs- und Lebenserhaltungssysteme – nur eins übrig: Sie müssen sämtliche Oberflächen in der Raumstation auf altmodische Weise sauber halten und diese mit antiseptischen Spezialtüchern regelmäßig reinigen.
Dass derartige Haushaltarbeiten nicht zu den beliebtesten Tätigkeiten eines raumfahrenden Homo sapiens gehören, versteht sich von selbst. Doch was sein muss, muss sein, denn die blinden Passagiere sind ja auch weiterhin vorhanden. Bedenkt man, dass die Arbeitsstunde eines Astronauten rund 30 000 Euro kostet und der Rauminhalt der ISS mittlerweile auf 1200 Kubikmeter angewachsen ist, dann werden die Dimensionen der Putztätigkeit schnell bewusst. Die Herausforderung liegt klar auf der Hand: Es gilt einen Großteil der kostbaren, aber unproduktiven Säuberungs-Zeiten in Aktivitäten der Forschung oder industriellen Nutzung der ISS umzuwandeln. Genau dieser Zielstellung diente Mars500.

Die Mars500-Probanden nahmen hunderte von Luft- und Oberflächenwischproben in ihren Wohn- und Arbeitsbereichen, in der Krankenstation und in den sanitären Einrichtungen. Die erste Auswertung zeigte, dass sich unter den festgestellten Mikroorganismen bisher keine befanden, die für den Menschen gefährlich sind.

Leitung des Experimentes:
Dr. Petra Rettberg, DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, Köln