Freitag, 1. Februar 2013

Unerwünschte Weltraumtouristen: ESA gründet öffentliche Sammlung für extremophile Bakterien


Probenahme am Weltraumteleskop Herschel.
| Copyright: ESA/DLR 


Braunschweig (Deutschland) - Reisen irdische Raumfahrzeuge zu fernen Himmelskörpern, dann sollten sie so sauber und keimfrei wie möglich sein. Schließlich ist die Gefahr einer biologischen Verunreinigung anderer Planeten und Himmelskörper durch irdische Mikroorganismen real - gerade, wenn besagte Sonden an ihrem Ziel nach außerirdischem Leben suchen sollen. Eine Kontamination der Instrumente mit irdischem Leben würde eine solche Suche erschweren oder sogar gänzlich unmöglich machen. Aus diesem Grund werden Raumsonden in sogenannten "Reinräumen" unter strengen Biokontaminationskontrollen zusammengebaut. Trotzdem gibt es Mikroorganismen, die mit den dort herrschenden extremen Bedingungen, wie Trockenheit, Nahrungsmangel oder Desinfektionsmitteln sehr gut umgehen können. Die europäische Raumfahrtagentur ESA hat nun gemeinsam mit der "Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen" die erste öffentliche Sammlung von extremotoleranten, also sehr widerstandsfähigen Bakterien angelegt.

Die Sammlung, so erläutert die Pressemitteilung des DSMZ, stelle eine wichtige Ressource für Forschungsinstitute und die Industrie dar, um Anpassungsmechanismen von Bakterien (Resistenz gegenüber Hitze, UV-Strahlung, ionisierende Strahlung, Austrocknung, Desinfektionsmitteln) zu untersuchen. Aktuell berichtet das Fachjournal "Astrobiology" über die Sammlung.

"Für jede Weltraummission ist eine maximal erlaubte biologische Belastung definiert", informiert Dr. Rüdiger Pukall, Mikrobiologe an der DSMZ. "Man spricht dabei in der Raumfahrt von 'Planetary Protection'. Unter diesem Begriff werden alle Maßnahmen zusammengefasst, die verhindern sollen, dass terrestrische Lebensformen, wie etwa Mikroorganismen, im Rahmen von interplanetaren Raumfahrtmissionen Planeten und andere Himmelskörper kontaminieren. Als wichtige Kontrollfunktion wird die Artenvielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften auf den Materialien der Weltraumfahrzeuge oder ihrer Umgebung, in den sogenannten 'Reinräumen' in denen sie gefertigt werden, analysiert. Ziel ist es dabei, passende Dekontaminationsstrategien zu entwickeln, sonst startet man mit blinden Passagieren zur nächsten Marsmission."


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Erstaunlicherweise stellen gerade die besagten Reinräume bilden besonders extreme Biotop für die mikrobiellen Überlebenskünstler. "Die nährstoffarme Umgebung, kontrollierte Feuchtigkeit und Temperatur sowie die Luftfilterung und die häufigen Dekontaminationen der Oberflächen schaffen einen besonderen Lebensraum für sporenbildende, autotrophe, multiresistente, fakultativ oder obligat anaerobe Bakterien", erklärt Pukall.

Schon die Probenahme der Bakterien in den Reinräumen stellte die Forscher vor besondere Herausforderungen: "Um keine fremden Keime oder Verschmutzungen einzubringen, arbeiten die Mikrobiologen in Schutzanzügen mit Mundschutz. Mit speziellen Tupfern oder Wischtüchern wurden die Proben zum Beispiel von verschiedenen Bauteilen des Weltraumtelekops Herschel und seiner Umgebung nach strengen Standardprotokollen der ESA genommen, damit so viele Bakterienarten wie möglich erfasst werden. Später isolierten die Kollegen der Universität Regensburg und des DLR in Köln die Kulturen mit verschiedenen Kultivierungsstrategien."

Anschließend identifizierte das DSMZ-Team um Pukall die Bakterienstämme mittels einer Sequenzanalyse des 16S rRNA Gens. Danach wurden die Bakterien mittels Gefriertrocknung und in flüssigem Stickstoff langzeitkonserviert und eingelagert. Nicht kultivierbare Bakterien wurden nach Extraktion der gesamten genomischen DNA aus den Proben ebenfalls über Sequenzierung identifiziert.


Phylogenetische Diversität der derzeit in der Sammlung verfügbaren Isolate.
| Copyright/Quelle: Moissl-Eichinger et. al, Astrobiology Volume 12, 11, 2012

"Der Kern der besonderen Sammlung besteht aus etwa 300 Bakterienstämmen, die aus den Reinräumen isoliert wurden", erläutern die Forscher. "Alle Bakterien gehören der Risikogruppe 1 oder 2 an. Ein großer Anteil an Isolaten ist den Gram-positiven Bakterien zuzuordnen, wobei hier Sporenbildner aus der Gattung Bacillus sowie Micrococcus und Staphylococcus vertreten sind. Bei den Gram-negativen Bakterien kommen vor allem die Gattungen Acinetobacter, Pseudomonas und Stenotrophomonas vor."

Kürzlich konnte die ESA Stammsammlung um weitere 60 Isolate dieser Gattungen ergänzt werden. Diese stammen ursprünglich von Probenahmen aus den Jahren 2003 und 2004, die in einem von der ESA-Projekt in Zusammenarbeit von DLR und DSMZ bei den Missionen SMART-1 (interplanetare Raumsonde mit Ionenantrieb, Mondmission) und ROSETTA (Raumsonde zur Erforschung von Kometen) in Noordwijk und Kourou durchgeführt worden sind. Weitere fünf Reinraumisolate wurden vom NASA Jet Propulsion Laboratory (USA) zur Verfügung gestellt. Etwa 30 Prozent der Mikroben in der ESA-Sammlung sind bisher auch noch unbekannt und werden nun für Forschungszwecke bereitgestellt. Einige wurden erst vor kurzem beschrieben wie z.B. Paenibacillus purispatii (DSM 22991) oder Tersicoccus phoenicis (KO_PS43, DSM 30849), ein Vertreter einer neuen bakteriellen Gattung.

Da die Sammlung von extremotoleranten Mikroben, an das komplizierte künstliche Biotop der Reinräume angepasst ist, bietet sie eine sehr wertvolle und nützliche Quelle für die Industrie und Forschung. Für die ESA ist diese Sammlung ein essentielles Hilfsmittel, um das Biokontaminationspotential von Reinräumen einzuschätzen und um neue biologische Kontaminationskontrollen und Desinfektionsstrategien zu überprüfen. In den nächsten drei Jahren soll die Sammlung um weitere extremotolerante Bakterienisolate ergänzt werden, die für Industrie und Forschung von Interesse sein könnten.

- Die Internetseite der Sammlung finden Sie HIER

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