Ein Forscher hält eine im Weltraum gezüchtete Pflanze hoch (Bildnachweis: Evan Krape/ University of Delaware)
Obwohl Kopfsalat und andere Blattsalate wichtige Bestandteile einer ausgewogenen Ernährung sind, ist ein buchstäblicher „Raketensalat“ vielleicht nicht die gesündeste Wahl für Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation (ISS).
Neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Mikrogravitation, in der die ISS-Astronauten leben, Salat anfälliger für Krankheitserreger machen kann – Organismen, die manchmal zum Ausbruch von Lebensmittelkrankheiten führen können. Die Forschungsergebnisse könnten einen großen Einfluss auf künftige bemannte Raumfahrtmissionen zum Mond und eventuell zum Mars haben. Derzeit können ISS-Besatzungsmitglieder Salat essen, der auf der Raumstation in temperatur-, wasser- und lichtkontrollierten Kammern angebaut wurde. Sie können auch Lebensmittel essen, die von der Erde in die Umlaufbahn geschickt wurden. Es ist jedoch bekannt, dass die ISS viele Krankheitserreger wie Bakterien und Pilze beherbergt, die Krankheiten verursachen können. Und wenn einige dieser Krankheitserreger, wie E. coli und Salmonellen, das Gewebe des gegessenen Salats besiedeln, kann der Verbraucher krank werden.
Die NASA und andere Raumfahrtbehörden sowie private Raumfahrtunternehmen wie SpaceX sind besorgt, dass der Ausbruch einer durch Lebensmittel übertragenen Krankheit eine Mission ernsthaft gefährden und Investitionen in Milliardenhöhe aufs Spiel setzen könnte.
Salat wehrt sich nicht im Weltraum
Wissenschaftler der Universität von Delaware wollten herausfinden, wie sich die Schwerelosigkeit auf den Salat auswirkt und ob die Umgebung das Salatgemüse mehr oder weniger anfällig für krankmachende Organismen macht. Sie erzielten ihre Ergebnisse, indem sie die Pflanzen einer Rotation aussetzten, die durch ein Gerät namens Klinostat erzeugt wurde. Dies simulierte die ISS-Mikrogravitationsbedingungen für die Proben.
Pflanzen können die Schwerkraft über ihre Wurzeln wahrnehmen und zeigen oft eine Art von differenziertem Wachstum, das als „Gravitropismus“ bezeichnet wird, da die Schwerkraft auf sie einwirkt. Das Team fand schließlich heraus, dass Pflanzen, die in einer der Schwerelosigkeit nachempfundenen Umgebung gezüchtet wurden, tatsächlich anfälliger für die Besiedlung durch den Krankheitserreger Salmonella waren.
Winzige Poren in Stängeln und Blättern werden als „Spaltöffnungen“ bezeichnet, und Pflanzen nutzen diese Spaltöffnungen zum Gasaustausch. Als Abwehrmechanismus „schließen“ sich die Poren normalerweise, wenn eine Pflanze einem Stressor wie Bakterien ausgesetzt ist.
Aus irgendeinem Grund öffneten die in rotationsinduzierter Mikrogravitation gezüchteten Planeten jedoch ihre Poren, wenn sie Bakterien ausgesetzt wurden, was bedeutet, dass sie im Weltraum viel anfälliger für eine Salmonelleninvasion waren als auf der Erde.
„Die Tatsache, dass sie offen blieben, als wir sie einer scheinbaren Belastung aussetzten, war wirklich unerwartet“, sagte Noah Totsline, Mitglied des Teams und Wissenschaftler an der Universität von Delaware, in einer Erklärung.
Auch wenn sich die Pflanzen mit einer Geschwindigkeit drehten, die nicht höher war als die eines Grillhähnchens – es handelte sich also nicht um echte Schwerelosigkeit – reichte dies aus, um ihren Orientierungssinn zu verwirren und ihre Reaktionen auf Stressfaktoren wie Bakterien zu beeinflussen.
„Die Pflanze wüsste nicht, wo oben und unten ist“, sagte Totsline. „Wir haben ihre Reaktion auf die Schwerkraft gewissermaßen verwirrt“.
Das Team nutzte sein Experiment auch, um den Einsatz eines „Hilfsbakteriums“ namens B. subtilis UD1022 zu testen, das das Pflanzenwachstum unterstützt und bakterielle Besiedler abwehrt.
Das Team stellte fest, dass UD1022 die Pflanzen in der Mikrogravitation nicht vor Salmonellen schützen konnte, was darauf zurückzuführen sein könnte, dass die Bakterien keine biologische Reaktion auslösen konnten, die die Pflanzen dazu veranlasst hätte, ihre Spaltöffnungen zu schließen.
„Das Versagen von UD1022, die Spaltöffnungen unter simulierter Mikrogravitation zu schließen, ist sowohl überraschend als auch interessant und öffnet eine weitere Dose Würmer“, sagte Harsh Bais, Teammitglied und Pflanzenbiologe an der Universität von Delaware, in der Erklärung. „Ich vermute, dass die Fähigkeit von UD1022, die Schließung der Spaltöffnungen unter simulierter Mikrogravitation aufzuheben, die Pflanze überfordert und dazu führt, dass die Pflanze und UD1022 nicht mehr miteinander kommunizieren können, was Salmonellen hilft, in eine Pflanze einzudringen.“
Das Team hat jedoch eine Idee, die dazu beitragen könnte, das Kontaminationsrisiko zu verringern, das dadurch entsteht, dass die Pflanzen ihre Spaltöffnungen in der Mikrogravitation weiter öffnen.
„Mit sterilisiertem Saatgut zu beginnen, ist eine Möglichkeit, das Risiko von Mikroben auf Pflanzen zu verringern“, sagte Kniel. „Aber dann können Mikroben in der Weltraumumgebung vorhanden sein und auf diese Weise auf die Pflanzen gelangen.“
Eine Alternative könnte darin bestehen, die Genetik der Pflanzen so zu verändern, dass sie ihre Spaltöffnungen im Weltraum gar nicht erst weiter öffnen. Die Wissenschaftler in Bais‘ Labor untersuchen bereits verschiedene Salatarten mit unterschiedlicher Genetik und testen ihre Reaktion auf die Mikrogravitation.
„Wenn wir zum Beispiel eine Sorte finden, die ihre Spaltöffnungen schließt, und eine andere, die wir bereits getestet haben, die ihre Spaltöffnungen öffnet, dann können wir versuchen, die Genetik dieser beiden verschiedenen Sorten zu vergleichen“, so Bais. „Die Forschungsergebnisse des Teams wurden diesen Monat auf der Website von Springer Scientific Reports veröffentlicht.
