Salat und anderes grünes Blattgemüse gehören auch für Astronauten auf Missionen zu einer gesunden, ausgewogenen Ernährung. Zusätzlich zu den Grundnahrungsmitteln Mehl-Tortillas und gemahlenem Kaffee können Astronauten Salate zu sich nehmen, die in einem Kontrollraum an Bord der Internationalen Raumstation auf der Grundlage der idealen Temperatur, Wassermenge und Lichtverhältnisse angebaut werden, die die Pflanzen zum Reifen benötigen.

Aber es gibt ein Problem. Auf der Internationalen Raumstation gibt es viele pathogene Bakterien und Pilze. Viele der auf der ISS vorkommenden pathogenen Mikroorganismen sind äußerst aggressiv und besiedeln leicht das Gewebe von Salat und anderen Pflanzen. Menschen können krank werden, wenn sie mit E. coli oder Salmonellen infizierten Salat essen.

Private Unternehmen wie die NASA und SpaceX investieren jedes Jahr Milliarden von Dollar in die Erforschung des Weltraums, und einige Forscher befürchten, dass ein Ausbruch lebensmittelbedingter Krankheiten auf der Internationalen Raumstation Missionen zum Scheitern bringen könnte.

In einer neuen Studie, die in den Fachzeitschriften Scientific Reports und npj Microgravity veröffentlicht wurde, bauten Forscher der University of Delaware Salat unter Bedingungen an, die der schwerelosen Umgebung der Internationalen Raumstation nachahmten. Pflanzen sind Meister darin, die Schwerkraft zu spüren und nutzen ihre Wurzeln, um sie zu finden. An der University of Delaware gezüchtete Pflanzen werden durch Rotation simulierter Mikrogravitation ausgesetzt. Die Forscher fanden heraus, dass diese Pflanzen in der künstlichen Schwerelosigkeit tatsächlich anfälliger für eine Infektion durch den menschlichen Krankheitserreger Salmonellen waren.

Noah Totsline, ein Absolvent der Abteilung für Pflanzen- und Bodenwissenschaften der UD, sagte, Stomata seien winzige Poren in Pflanzenblättern und -stängeln, die der Atmung dienen. Wenn Pflanzen Stressfaktoren wie Bakterien in der Nähe wahrnehmen, schließen sie häufig die Spaltöffnungen, um die Pflanze zu schützen. Als Forscher in einer Mikrogravitationssimulation Bakterien zu Salat hinzufügten, stellten sie fest, dass sich die Stomata des Blattgemüses öffneten, anstatt sich zu schließen.

„Als wir ihnen Druck zeigten, blieben sie offen, was für uns wirklich eine Überraschung war“, sagte Totsline.

Toteslein, Erstautor beider Arbeiten, arbeitete mit Harsh Bais, Professor für Pflanzenbiologie, Kali Kniel, Professorin für mikrobielle Lebensmittelsicherheit, und Chandran Sabanayagan vom Delaware Institute of Biotechnology zusammen. Das Team verwendete ein Gerät namens Gyrator, um die Pflanzen mit der Geschwindigkeit eines Brathähnchens auf einer Schleuder zu drehen.

„Die Anlage weiß praktisch nicht, in welche Richtung es nach oben oder nach unten geht“, sagte Totsline. „Wir sind etwas verwirrt, wie sie auf die Schwerkraft reagieren.“

Es handele sich nicht um echte Mikrogravitation, sagte Totterslein, aber sie könne Pflanzen dabei helfen, die Orientierung zu verlieren. Letztendlich fanden die Forscher heraus, dass Salmonellen unter simulierten Mikrogravitationsbedingungen offenbar leichter in Blattgewebe eindringen als unter typischen Bedingungen auf der Erde.

Darüber hinaus entdeckten Bais und andere UD-Forscher die Rolle eines Helferbakteriums namens B. subtilis UD1022 bei der Förderung des Pflanzenwachstums und der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Krankheitserreger oder andere Stressfaktoren wie Trockenheit.

Sie fügten UD1022 einer Simulation der Mikrogravitation hinzu, die Pflanzen auf der Erde vor Salmonellen schützt, und dachten, es könnte Pflanzen dabei helfen, Salmonellen in einer Mikrogravitationsumgebung zu widerstehen.

Stattdessen fanden sie heraus, dass die Bakterien tatsächlich nicht in der Lage waren, die Pflanzen unter weltraumähnlichen Bedingungen zu schützen, was möglicherweise daran lag, dass die Bakterien nicht in der Lage waren, die biochemischen Reaktionen auszulösen, die die Pflanzen dazu zwingen, ihre Spaltöffnungen zu schließen.

„Die Unfähigkeit von UD1022, Stomata in simulierter Mikrogravitation zu schließen, war überraschend, interessant und öffnete ein weiteres Fenster“, sagte Bais. „Ich habe die Hypothese aufgestellt, dass die Fähigkeit von UD1022, das Schließen der Stomata in simulierter Mikrogravitation zu verhindern, die Pflanze überwältigen könnte, wodurch die Pflanze und UD1022 daran gehindert werden, miteinander zu kommunizieren, und so Salmonellen dabei helfen, in die Pflanze einzudringen.“

Lebensmittelbedingte Krankheitserreger auf der Internationalen Raumstation

Mikroorganismen sind überall. Diese Bakterien kommen bei uns, bei Tieren, in der Nahrung, die wir essen, und in der Umwelt vor.

Daher ist es nur natürlich, dass überall dort, wo Menschen sind, die Möglichkeit besteht, dass bakterielle Krankheitserreger koexistieren, sagt Kali Kniel, Professorin für mikrobielle Lebensmittelsicherheit an der UD.

Nach Angaben der NASA leben und arbeiten gleichzeitig etwa sieben Menschen auf der Internationalen Raumstation. Die Umgebung ist nicht besonders eng – sie hat etwa die Größe eines Hauses mit sechs Schlafzimmern –, aber es ist immer noch ein Ort, an dem diese Art von Bakterien gedeihen kann.

„Wir müssen die Weltraumrisiken für die Menschen, die heute auf der Internationalen Raumstation leben, und diejenigen, die möglicherweise in Zukunft dort leben, vorbereiten und reduzieren. Es ist notwendig, die Reaktion bakterieller Krankheitserreger auf die Mikrogravitation besser zu verstehen, damit geeignete Minderungsstrategien entwickelt werden können“, sagte Knier.

Die beiden Forscher kombinieren seit langem die beiden Fachgebiete mikrobielle Lebensmittelsicherheit und Pflanzenbiologie, um menschliche Krankheitserreger auf Pflanzen zu untersuchen.

„Um die mit der Kontamination von Blattgemüse und anderen Produkten verbundenen Risiken optimal zu reduzieren, müssen wir die Wechselwirkungen zwischen menschlichen Krankheitserregern und im Weltraum wachsenden Pflanzen besser verstehen. Der beste Weg, dies zu erreichen, ist ein multidisziplinärer Ansatz“, sagte Knier.

Die Erdbevölkerung wächst weiter und der Bedarf an sicheren Nahrungsmitteln im Weltraum steigt

Es kann einige Zeit dauern, bis Menschen auf dem Mond oder dem Mars leben können, aber die Forschung von UD hat potenziell enorme Auswirkungen auf die Besiedlung des Weltraums. Laut einem Bericht der Vereinten Nationen wird die Weltbevölkerung bis 2050 9,7 Milliarden und bis 2100 10,4 Milliarden erreichen. Darüber hinaus sagte Bais, Professor für Pflanzenbiologie an der University of California, dass die Lebensmittelsicherheit und die Lebensmittelsicherheitsmaßnahmen weltweit ihren Höhepunkt erreicht haben. „Da die Ackerflächen für den Nahrungsmittelanbau immer knapper werden, werden die Menschen bald ernsthaft über alternative Wohnräume nachdenken“, sagte er. „Das sind keine Fiktionen mehr.“

Die Centers for Disease Control and Prevention oder die Food and Drug Administration geben offenbar häufiger Rückrufe für bestimmte Salatsorten auf der Erde heraus und raten den Menschen, sie wegen der Möglichkeit einer E. coli- oder Salmonellen-Kontamination nicht zu essen.

Bais sagte, dass Blattgemüse für viele Astronauten das Lebensmittel der Wahl sei und sich in Innenräumen wie der Hydrokulturumgebung auf der Internationalen Raumstation leicht anbauen ließe. Daher sei es wichtig sicherzustellen, dass dieses Blattgemüse immer sicher zu essen sei. Niemand möchte, dass die gesamte Mission nur aufgrund eines Lebensmittelsicherheitsvorfalls scheitert.

Lösung: Kastriertes Saatgut und verbesserte Gene

Was sollten wir also tun, wenn sich die Stomata von Pflanzen in einer Mikrogravitationsumgebung weiter öffnen und Bakterien leichter eindringen können? Es stellt sich heraus, dass die Antwort nicht so einfach ist.

„Der Beginn mit sterilisierten Samen ist eine Möglichkeit, das Risiko von Mikroorganismen auf der Pflanze zu verringern“, sagte Knier. „Aber dann gelangen die Mikroorganismen möglicherweise in die Weltraumumgebung und gelangen so in die Pflanze.“

Bais sagte, Wissenschaftler müssten möglicherweise die Gene von Pflanzen optimieren, um zu verhindern, dass sie ihre Poren im Weltraum weiter öffnen. Sein Labor hat damit begonnen, verschiedene Salatsorten mit unterschiedlichen Genen zu nehmen und sie unter simulierten Schwerelosigkeitsbedingungen zu bewerten. „Wenn wir zum Beispiel feststellen, dass eine Pflanze so enge Spaltöffnungen hat und eine andere Pflanze, die wir getestet haben, so offene Spaltöffnungen hat, dann können wir versuchen, die Gene dieser beiden verschiedenen Sorten zu vergleichen. Das wird uns viele Fragen darüber aufwerfen, was sich ändert.“

Alle Antworten, die sie finden, könnten dazu beitragen, zukünftige Probleme mit Weltraumsalaten zu verhindern.

Zusammengestellt von /scitechdaily