Bakterien werden im Weltraum virulenter

Während das Immunsystem von Astronauten bei Weltraumfahrten geschwächt wird, werden Bakterien aggressiver, wie eine Studie mit Salmonellen während einer Nasa-Mission gezeigt hat

Mit den geplanten Missionen zum Mond und schließlich zum Mars werden Menschen länger als bislang unter der Bedingung der Schwerelosigkeit leben müssen. Der Aufenthalt im Weltraum hat einen großen Einfluss auf den Körper. Astronauten sind einer höheren Strahlung ausgesetzt, Muskeln und Knochen werden abgebaut, das Blut wird stärker in den Oberkörper gepumpt und nicht zuletzt wird durch die Schwerelosigkeit die Tätigkeit des Immunsystems herabgesetzt. Dadurch sind die Astronauten gegen Infektionen weniger geschützt und Heilungsprozesse können langsamer ablaufen. Untersuchungen haben nun gezeigt, dass Bakterien aber in der Schwerelosigkeit virulenter werden.

Wissenschaftler des Biodesign Institute der Arizona State University und Kollegen von anderen Forschungseinrichtungen haben anhand von phänotypischen und genetischen Untersuchungen des Krankheitsererregers Salmonella typhimurium während der Nasa-Mission STS-115 im September 2006 gezeigt, dass sich Bakterien ebenso wie Menschen physiologisch unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit verändern. Während bei Menschen unter anderem das Immunsystem geschwächt wird, steigt die Virulenz von Bakterien. Diese gleichzeitig stattfindenden Veränderungen, die noch nicht gut erforscht sind, können für den Menschen bedrohlich werden.

Erstmals haben Wissenschaftler auch die Folgen von Weltraumflügen auf die Virulenz eines Bakteriums analysiert, wie sie in dem Artikel Space flight alters bacterial gene expression and virulence and reveals a role for global regulator Hfq schreiben, der von der Zeitschrift PNAS vorzeitig online veröffentlicht wurde. Proben mit Salmonellen wurden mit dem Space Shuttles Atlantis auf die Reise in den Weltraum geschickt und von der Astronautin Heidemarie Stefanyshyn-Piper während des Flugs betreut. Sie aktivierte das Wachstum der Bakterien, indem sie eine Kammer mit Nährstoffen in dem abgeschlossenen Röhrchen öffnete. Nach 24 Stunden schloss die Astronautin wieder die Verbindung, so dass die Bakterien genetisch durch Chemikalien "fixiert" wurden, während andere weitere Nährstoffe erhielten, so dass die Kulturen weiter wachsen konnten.

Auf der Erde wurden von den Wissenschaftlern synchron in einem Kontrollexperiment identische Bakterienkulturen in einem Raum im Kennedy Space Center, der "orbitaler Umweltsimulator" genannt wird, exakt denselben Bedingungen und Prozeduren unterworfen. Der Simulator ist mit dem Shuttle in Echtzeit verbunden und reproduziert exakt die Temperatur, Feuchtigkeit und Wachstumsbedingungen auf dem Shuttle – mit Ausnahme der Schwerelosigkeit. Zudem wurden die Experimente über Echtzeit-Kommunikation im Weltraum und auf der Erde koordiniert, so dass dieselben Prozeduren auch zur selben Zeit stattfanden.

Zurück auf der Erde wurden die Bakterienkulturen genetisch auf der Ebene der mRNA und der Proteine untersucht. Durch den Aufenthalt in der Schwerelosigkeit hatten sich bei den Raumfahrern im Vergleich mit den auf der Erde verbliebenen Kulturen Veränderungen bei der Expression von 167 Genen und von 73 Proteinen ergeben. Die Bakterienkulturen, die im Weltraum gereist sind, hatten, wie Tests an Mäusen ergaben, eine dreifach höhere Wahrscheinlichkeit, Krankheiten hervorzurufen, als die der Kontrollgruppe. Die Weltraumkulturen hatten im Gegensatz zur Kontrollgruppe auch Biofilme gebildet, was mit ein Grund für die erhöhte Virulenz sein könnte. Das RNA-bindende Protein Hfq wurde als vermutlicher Regulator der durch die Bedingungen der Weltraumfahrt verursachten genetischen Veränderungen identifiziert, die die Virulenz verstärken. Die Beteiligung von Hfq wurde auch anhand einer Kultur bestätigt, die auf der Erde der Mikrogravitation ausgesetzt war.

Die Entdeckung von solchen globalen Regulatoren wie Hfq kann zur Entwicklung von Medikamenten oder Impfstoffen führen, um nicht nur Astronauten, sondern auch Menschen auf der Erde vor Infektionen durch Salmonellen oder andere Erreger besser zu schützen. Salmonellen sind beispielsweise nicht nur weit verbreitet, sie werden auch zunehmend gegenüber Antibiotika resistent.

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