Mikrobielle "Raumfahrt" durch molekulare Anpassung

Galaktische kosmische und solare UV-Strahlung, extremes Vakuum, Temperaturschwankungen: Wie können Mikroben, die diesen Herausforderungen im Weltraum ausgesetzt sind, dort überleben? Ein internationales Team um Weltraumbiochemikerin Tetyana Milojevic von der Universität Wien untersuchte, wie spezielle resistente Mikroben den Transfer von einem Himmelskörper zu einem anderen physisch überleben können. Ihre Studie liefert ein tieferes Verständnis der molekularen Mechanismen der mikrobiellen Überlebensfähigkeit im Weltraum generell. Die Ergebnisse erscheinen aktuell in der Fachzeitschrift "Microbiome".

Seit den Anfängen der Weltraumforschung ist die Menschheit vom Überleben des irdischen Lebens im Weltraum fasziniert. Der Weltraum ist eine feindliche Umgebung für jede Form von Leben, aber einige außerordentlich resistente Mikroorganismen sind dazu sehr wohl in der Lage. Solche Extremophilen können zwischen Planeten migrieren und das Leben im Universum verteilen, was die so genannte Panspermie-Hypothese oder einem interplanetaren Lebenstransfer argumentativ stärkt.

Das extremophile Bakterium Deinococcus radiodurans besteht auch unter dem drastischen Einfluss des Weltraums; u.a. galaktischer kosmischer und solarer UV-Strahlung, extremen Vakuum, Temperaturschwankungen, Austrocknung, Gefrieren und Mikrogravitation. In der aktuellen Studie untersuchten die Wissenschafter*innen den Einfluss des Weltraums auf diese einzigartige Mikrobe auf molekularer Ebene. Nach einem Jahr Exposition im Zuge der Tanpopo-Weltraummission auf niedriger Erdumlaufbahn außerhalb der Internationalen Raumstation fanden die Forscher*innen heraus, dass D. radiodurans morphologischen Schäden vermeiden kann. Um den Zellstress zu lindern und DNA-Schäden zu reparieren, verwendete D. radiodurans das Polyamin Putrescin als Stressmolekül und iniitierte entsprechende genomische Reaktionen. Auch die dem Transport- und Energiestatus zugrunde liegenden Prozesse wurden als Reaktion auf die Weltraumexposition geändert.

"Diese Untersuchungen helfen uns, die Mechanismen und Prozesse zu verstehen, durch die Leben außerhalb der Erde in der feindlichen Umgebung des Weltraums existieren kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Überleben von D. radiodurans aufgrund seines effizienten molekularen Reaktionssystems über einen längeren Zeitraum möglich ist: Für Organismen mit solchen Fähigkeiten sind auch noch längere, weiter entfernte Reisen möglich", sagt Tetyana Milojevic, Leiterin der Weltraumbiochemie-Gruppe an der Universität Wien und Korrespondenzautorin der Studie.

Gemeinsam mit ihren Kolleg*innen von der Universität für Pharmazie und Biowissenschaften in Tokio (Japan), der Forschungsgruppe Astrobiologie am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR, Köln), dem Wiener Metabolomics Center (ViMe) an der Universität Wien und dem Zentrum für Mikrobiomforschung der Medizinischen Universität Graz beantworteten die Forscher*innen nicht nur die Frage, bis zu welchem Ausmaß, sondern auch wie extremophile Mikroben drastische Weltraumbedingungen tolerieren können.

Publikation in "Microbiome":
E. Ott, Y. Kawaguchi, D. Kölbl, E. Rabbow, P. Rettberg, M. Mora, C. Moissl-Eichinger, W. Weckwerth, A. Yamagishi, T. Milojevic "Molecular repertoire of Deinococcus radiodurans after 1 year of exposure outside the International Space Station within the Tanpopo mission." Microbiome 8, 150 (2020).

https://doi.org/10.1186/s40168-020-00927-5