Im Weltraum gezüchteter Salat birgt Gefahren, von denen wir bisher nichts geahnt haben. Wenn es schlecht läuft, könnte man sogar an "Weltraum-Salat"-Mahlzeiten versterben. Das ist die überraschende Erkenntnis einer neuen Studie.
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Salat und anderes grünes Blattgemüse gehören zu einer gesunden, ausgewogenen Ernährung – auch für Astronauten auf Missionen. Wenn wir, also die Menschheit, irgendwann auf interplanetare Reisen oder Langzeitmissionen im Weltraum gehen, müssen die Astronauten und Astronautinnen auch essen. Die Idee ist, in Gewächshäusern Salat und Gemüse zu züchten, so dass dieses auf der Mission geerntet und verspeist werden kann. Erste Versuche gibt es bereits.
Experiment auf der ISS
Vor mehr als drei Jahren hat die National Aeronautics and Space Administration (NASA) Salat aus dem Weltraum auf den Speiseplan der Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation gesetzt.
Neben ihren Grundnahrungsmitteln im Weltraum – Mehltortillas und Pulverkaffee – können die Astronauten nun auch einen Salat essen, der in Kontrollkammern an Bord der ISS gezüchtet wird.
Schöne Idee, es muss nur genügend Essbares aus den Treibhäusern kommen. In den Kammern auf der ISS wird die ideale Temperatur, Wasser- und Lichtmenge, die Pflanzen zum Reifen benötigen, eingestellt. Damit gibt es immer wieder "schmackhaften" Salat als Beifutter.
Aber der Salat ist ungesund
Aber es gibt eine Gefahr, die aus diesen Pflanzen wie Salat droht. Denn auf der Internationalen Raumstation (und auch bei künftigen Langzeitmissionen ins tiefe All) gibt es eine Menge krankheitserregender Bakterien und Pilze. Viele dieser krankheitsverursachenden Mikroben auf der ISS sind sehr aggressiv und können leicht das Gewebe von Salat und anderen Pflanzen besiedeln. Wenn Menschen Salat essen, der von E. coli oder Salmonellen befallen ist, können sie krank werden.
Einige Forscher sind besorgt, dass ein Ausbruch lebensmittelbedingter Krankheiten an Bord der Internationalen Raumstation eine Mission zum Scheitern bringen könnte. Bei künftigen Langzeitmissionen ins tiefe All wäre dies tödlich.
Studie weist Gefahren nach
In einer neuen Studie (siehe auch), die in Scientific Reports und npj Microgravity veröffentlicht wurde, züchteten Forscher der University of Delaware Salat unter Bedingungen, die die Schwerelosigkeit an Bord der Internationalen Raumstation imitierten. Pflanzen sind Meister darin, die Schwerkraft zu spüren, und sie richten ihre Wurzeln an der Schwerkraft aus.
Schwerelosigkeit simuliert
Die an der UD gezüchteten Pflanzen wurden durch Rotation der simulierten Mikrogravitation ausgesetzt. Dazu verwendet man einen so genannten Klinostat, um die Pflanzen mit der Geschwindigkeit eines Brathähnchens zu drehen.
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"Die Pflanze weiß dann nicht, wo oben und unten ist", so Totsline. "Wir haben ihre Reaktion auf die Schwerkraft sozusagen verwirrt". Es handelte sich zwar nicht um echte Schwerelosigkeit. Aber die Simulation reicht aus, um den Pflanzen so etwas wie Schwerelosigkeit vorzutäuschen.
Salat nimmt Bakterien auf
Als die Forscher in ihrer Mikrogravitationssimulation dem Salat Bakterien hinzufügten, stellten sie fest, dass das Blattgemüse seine Spaltöffnungen (Stomata) weit öffnete, anstatt sie zu schließen. "Die Tatsache, dass sie offen blieben, obwohl wir sie einer scheinbaren Belastung aussetzten, war wirklich unerwartet", sagte Totsline.
Stomata sind die winzigen Poren in Blättern und Stängeln, die Pflanzen zum Atmen nutzen. Diese schließen sich normalerweise, um eine Pflanze zu verteidigen, wenn sie einen Stressfaktor wie Bakterien in der Nähe wahrnimmt, sagte Noah Totsline, ein Absolvent der Abteilung für Pflanzen- und Bodenwissenschaften der UD.
Die Forscher stellten dann fest, dass die Pflanzen unter der simulierten Schwerelosigkeit anfälliger für Infektionen mit dem menschlichen Krankheitserreger Salmonella waren. Die Salmonellen können unter simulierten Mikrogravitationsbedingungen offenbar leichter über die geöffneten Stomata in das Blattgewebe eindringen als unter typischen Wachstumsbedingungen auf der Erde.
Darüber hinaus haben Bais und andere UD-Forscher gezeigt, dass ein Hilfsbakterium namens B. subtilis UD1022 normalerweise das Wachstum und die Fitness von Pflanzen gegen Krankheitserreger oder andere Stressfaktoren wie Trockenheit fördert.
Sie fügten daher das Bakterium UD1022 versuchsweise der Mikrogravitationssimulation hinzu, weil dies auf der Erde Pflanzen vor Salmonellen schützen kann. Die Idee war, dass es den Pflanzen helfen könnte, Salmonellen in der Mikrogravitation abzuwehren.
Stattdessen stellten die Forscher fest, dass das Bakterium die Pflanzen unter weltraumähnlichen Bedingungen nicht schützen konnte. Das könnte darauf zurückzuführen sein, dass das Bakterium nicht in der Lage ist, eine biochemische Reaktion auszulösen, die eine Pflanze dazu zwingen würde, ihre Spaltöffnungen zu schließen.
"Die Tatsache, dass UD1022 die Spaltöffnungen unter simulierter Schwerelosigkeit nicht schließen konnte, ist sowohl überraschend als auch interessant und eröffnet eine weitere Möglichkeit", so Bais. "Ich vermute, dass die Fähigkeit von UD1022, das Schließen der Spaltöffnungen unter simulierter Mikrogravitation zu verhindern, die Pflanze überfordert und dazu führt, dass die Pflanze und UD1022 nicht mehr miteinander kommunizieren können, was Salmonellen hilft, in die Pflanze einzudringen."
Mit anderen Worten: Es kann passieren, dass der in der Schwerelosigkeit gezüchtete Salat oder anderes Blattgemüse von Salmonellen befallen ist, die sich sogar in den Blättern befinden. Das ist dann eine reale Gefahr für die Gesundheit der Astronauten.
Lebensmittelbedingte Krankheitserreger an Bord der Internationalen Raumstation
Mikroben sind überall zu finden. Diese Keime befinden sich auf uns Menschen, auf Tieren, auf den Lebensmitteln, die wir essen, und in der Umwelt. Daher ist es nur natürlich, so Kali Kniel, Professorin für mikrobielle Lebensmittelsicherheit an der UD, dass überall dort, wo sich Menschen aufhalten, bakterielle Krankheitserreger koexistieren können.
Nach Angaben der NASA leben und arbeiten gleichzeitig etwa sieben Personen auf der Internationalen Raumstation. Die ISS ist zwar in etwa so groß wie ein Haus mit sechs Schlafzimmern. Aber es ist immer noch ein Ort, an dem Keime Verwüstung anrichten können.
"Wir müssen auf die Risiken im Weltraum vorbereitet sein und sie für diejenigen, die jetzt auf der Internationalen Raumstation leben, und für diejenigen, die in Zukunft dort leben könnten, verringern", sagte Kniel."Es ist wichtig, besser zu verstehen, wie bakterielle Krankheitserreger auf die Mikrogravitation reagieren, um geeignete Strategien zur Risikominderung zu entwickeln.
Kniel und Bais bringen seit langem ihre Fachgebiete der mikrobiellen Lebensmittelsicherheit und der Pflanzenbiologie zusammen, um Krankheitserreger auf Pflanzen zu untersuchen.
"Um Wege zur Verringerung der Risiken im Zusammenhang mit der Kontamination von Blattgemüse und anderen Produkten zu finden, müssen wir die Wechselwirkungen zwischen menschlichen Krankheitserregern auf Pflanzen, die im Weltraum angebaut werden, besser verstehen", so Kniel. "Und das geht am besten mit einem multidisziplinären Ansatz."
Es mag noch eine Weile dauern, bis Menschen auf dem Mond oder dem Mars leben können. Aber die UD-Forschung hat einige große potenzielle Auswirkungen auf das Zusammenleben im Weltraum gezeigt. Der Salmonellenbefall von Salat ist eine dieser Auswirkungen. "Man will nicht, dass die ganze Mission nur wegen eines Salmonellen-Ausbruchs bzw. an der Lebensmittelsicherheit scheitert", so Bais.
Lösungen: sterilisiertes Saatgut und verbesserte Genetik
Was kann man also tun, wenn die Pflanzen ihre Spaltöffnungen in der Schwerelosigkeit weiter öffnen und so Bakterien leicht eindringen können? Es gibt keine einfache Antwort auf diese Frage.
"Mit sterilisiertem Saatgut zu beginnen, ist eine Möglichkeit, das Risiko von Mikroben auf Pflanzen zu verringern", so Kniel. "Aber es können Mikroben in der Weltraumumgebung auf auf die Pflanzen gelangen". Also wäre man dort auch keinen Schritt weiter.
Bais sagte, dass die Wissenschaftler möglicherweise die Genetik der Pflanzen verändern müssen, um zu verhindern, dass sie ihre Spaltöffnungen im Weltraum weiter öffnen. Sein Labor nimmt bereits verschiedene Salatsorten mit unterschiedlicher Genetik und untersucht sie unter simulierter Schwerelosigkeit auf diese Eigenschaften.
"Wenn wir zum Beispiel eine Sorte finden, die ihre Spaltöffnungen schließt, und eine andere, die wir bereits getestet haben, die ihre Spaltöffnungen öffnet, können wir versuchen, die Genetik dieser beiden Sorten zu vergleichen", so Bais. Die Hoffnung ist, eine Salatzüchtung zu erhalten, die unter Weltraumbedingungen ihre Spaltöffnungen schließt, wenn Bakterien in die Nähe der Oberfläche kommen. (via)
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