Auf der Internationalen Raumstation (ISS), einem einzigartigen Labor, das 400 Kilometer über unseren Köpfen kreist, beginnt mit der Ankunft der Mission NASA SpaceX Crew-11 bald eine neue Ära der wissenschaftlichen Forschung. Die Besatzung, bestehend aus erfahrenen Astronauten und Wissenschaftlern, wird eine Reihe revolutionärer Experimente durchführen, die die Medizin, die Ernährung und unser Verständnis vom Leben außerhalb der Erde verändern könnten. Im Mittelpunkt ihrer mehrmonatigen Mission stehen Studien, die von der Massenproduktion von Stammzellen über die Entwicklung von Alternativen zu Antibiotika bis hin zum Anbau von Pflanzen in der Schwerelosigkeit reichen. Diese Bemühungen sind nicht nur entscheidend für zukünftige Langzeitmissionen zum Mond und Mars, sondern versprechen auch erhebliche Vorteile für die Menschheit auf unserem Planeten.

Die Besatzung besteht aus den NASA-Astronauten Zena Cardman, die die Rolle der Missionskommandantin übernehmen wird, und Mike Fincke, einem erfahrenen Piloten und Veteranen der Raumfahrt, sowie dem Astronauten der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Kimiya Yui. Für Cardman, eine Geobiologin mit Erfahrung in antarktischen Expeditionen, ist dies ihr erster Raumflug, während Fincke während drei früherer Missionen fast 400 Tage im Orbit verbracht hat. Yui, ein ehemaliger Pilot und Oberst der japanischen Luftselbstverteidigungsstreitkräfte, kehrt ebenfalls nach seinem ersten Aufenthalt im Jahr 2015 zur Station zurück. Ihre Kombination aus wissenschaftlicher Expertise und Flugerfahrung macht sie zu einem idealen Team für die Durchführung der komplexen wissenschaftlichen Aufgaben, die sie erwarten.

Revolution in der regenerativen Medizin: Züchtung von Stammzellen im Weltraum

Eines der ehrgeizigsten Experimente der Crew-11-Mission ist StemCellEx-IP1, das darauf abzielt, die Mikrogravitation für die Massenproduktion von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) zu nutzen. Diese Zellen, die durch die Umprogrammierung von Haut- oder Blutzellen entstehen, haben die unglaubliche Fähigkeit, sich in jeden Zelltyp des Körpers zu verwandeln. Das macht sie zu einem Grundpfeiler der regenerativen Medizin mit dem Potenzial zur Behandlung von Krankheiten wie Parkinson, Diabetes, Herzerkrankungen und Rückenmarksverletzungen. Auf der Erde ist ihre Produktion jedoch begrenzt. Aufgrund der Schwerkraft werden die Zellen in 2D-Schichten gezüchtet, was es schwierig macht, die für die klinische Anwendung erforderlichen großen Mengen zu gewinnen.

In der Schwerelosigkeit der Raumstation können sich die Zellen frei in drei Dimensionen ausdehnen und kugelförmige Aggregate bilden. Die Forscher hoffen, dass diese 3D-Kultivierung die Produktion von bis zu 1000-mal mehr Zellen ermöglicht, als es auf der Erde möglich ist. Neben der Quantität wird auch eine Verbesserung der Zellqualität erwartet, was sie für therapeutische Zwecke geeigneter machen würde. Der Erfolg dieses Experiments könnte die Tür zur personalisierten Medizin öffnen, bei der die eigenen Zellen eines Patienten zur Herstellung von Ersatzgeweben und -organen verwendet werden könnten, wodurch das Abstoßungsrisiko auf ein Minimum reduziert würde. Dies stellt ein unglaubliches Potenzial dar, das Leben zu verbessern und Heilmittel für Krankheiten zu finden, die heute als unheilbar gelten.

Der Kampf gegen Superbakterien: Phagen als Alternative zu Antibiotika

Ein längerer Aufenthalt im Weltraum birgt zahlreiche Gesundheitsrisiken, und eine der schwerwiegendsten ist die Bedrohung durch bakterielle Infektionen. Frühere Studien haben gezeigt, dass einige Bakterien in der Mikrogravitation virulenter werden und schneller wachsen, während gleichzeitig die Wirksamkeit von Antibiotika abnimmt. Dieses Problem, zusammen mit der globalen Bedrohung durch die wachsende Antibiotikaresistenz auf der Erde, hat Wissenschaftler dazu veranlasst, nach alternativen Lösungen zu suchen.

Hier kommt die Untersuchung Genes in Space-12 ins Spiel, ein Projekt, das von den High-School-Schülern Isabelle Chuang und Julia Gross entworfen wurde. Ihr Experiment wird die Interaktion zwischen bestimmten Bakterien und Bakteriophagen untersuchen – Viren, die Bakterien auf natürliche Weise infizieren und zerstören. Phagen, wie sie kurz genannt werden, gelten als vielversprechende Alternative zu Antibiotika. Ziel dieser Forschung ist es, festzustellen, wie die Mikrogravitation die Fähigkeit von Phagen beeinflusst, Bakterien zu eliminieren. Wenn sich herausstellt, dass Phagen auch im Weltraum wirksam sind, könnte dies die Abhängigkeit von Antibiotika bei zukünftigen Missionen zum Mond und Mars drastisch verringern. Darüber hinaus könnten im Weltraum produzierte Phagen einzigartige Eigenschaften aufweisen, die zur Entwicklung neuer Therapien zur Bekämpfung von Superbakterien hier auf der Erde genutzt werden könnten, was die Art und Weise, wie wir bakterielle Infektionen behandeln, revolutionieren würde.

Nachhaltige Ernährung für zukünftige Weltraumforscher

Die Ernährung ist ein Schlüsselfaktor für die Gesundheit von Astronauten, doch die Bereitstellung frischer und nahrhafter Lebensmittel auf mehrjährigen Missionen, wie einer Reise zum Mars, stellt eine enorme logistische Herausforderung dar. Vitamine und andere Nährstoffe in vorverpackten Lebensmitteln verlieren mit der Zeit an Wirksamkeit, was zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen kann, wie zum Beispiel Skorbut, der durch einen Vitamin-C-Mangel verursacht wird. Das Experiment BioNutrients-3 baut auf früheren Forschungen auf und zielt darauf ab, ein System zur Herstellung von Nährstoffen "auf Abruf" zu entwickeln.

Die Idee ist, gentechnisch veränderte Mikroorganismen wie Hefe und Bakterien zu verwenden, die jahrelang inaktiv bleiben und bei Bedarf aktiviert werden können, um frische Nährstoffe zu produzieren. Die Crew-11-Besatzung wird die Herstellung von Joghurt und einem auf Hefe basierenden Getränk testen. Besonderer Wert wird auf die Lebensmittelsicherheit gelegt. Das System umfasst die Möglichkeit der Pasteurisierung zur Zerstörung unerwünschter Mikroorganismen sowie einen Sensor namens E-Nose (elektronische Nase), der potenzielle Krankheitserreger "erschnüffeln" kann. Es gibt auch pH-Indikatoren, die durch Farbveränderung den Fortschritt der Fermentation visuell anzeigen. Ein besonders interessanter Teil der Forschung ist das Testen der "Joghurt-Passage" – eine Methode, bei der ein kleiner Teil des fertigen Joghurts verwendet wird, um eine neue Kultur zu starten, ähnlich wie bei der Pflege eines Sauerteigstarters. Dieser nachhaltige Ansatz könnte Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit beseitigen und die Masse der Fracht, die von der Erde gestartet werden muss, erheblich reduzieren.

Grundlagen des Lebens in der Schwerelosigkeit: Das Geheimnis der pflanzlichen Zellteilung

Die Fähigkeit, eigene Nahrung anzubauen, ist entscheidend für die Selbstversorgung zukünftiger Weltraumkolonien auf dem Mond oder Mars. Obwohl Astronauten auf der ISS bereits erfolgreich verschiedene Salat- und Gemüsesorten angebaut haben, sind die grundlegenden Prozesse, die das Pflanzenwachstum im Weltraum steuern, noch nicht vollständig verstanden. Eine von der JAXA durchgeführte Untersuchung namens Plant Cell Division wird tief in die Grundlagen der Pflanzenbiologie eintauchen.

Dieses Experiment wird untersuchen, wie die Mikrogravitation die Zellteilung beeinflusst, den grundlegenden Wachstumsprozess jedes Organismus. Wissenschaftler werden Grünalgen und kultivierte Tabakzellen beobachten, die sich extrem schnell teilen, was sie zu idealen Modellen für die Beobachtung macht. Mit einem fortschrittlichen konfokalen Mikroskop auf der Station wird die Besatzung in Echtzeit die Zellteilung und die Bildung von Mikrotubuli-Strukturen verfolgen, die für diesen Prozess entscheidend sind. Das Verständnis, wie sich Pflanzen an das Fehlen eines Gravitationssignals anpassen, das auf der Erde das Wurzelwachstum nach unten und das Stammwachstum nach oben lenkt, ist für die Entwicklung effektiver Methoden der Weltraumlandwirtschaft unerlässlich. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten auch dazu beitragen, die landwirtschaftliche Produktion auf der Erde zu optimieren.

Die ISS als Sprungbrett für die Zukunft

Die Internationale Raumstation, die seit fast 25 Jahren ununterbrochen menschliche Besatzungen beherbergt, ist mehr als ein wissenschaftliches Labor; sie ist eine entscheidende Plattform zur Vorbereitung der Menschheit auf den nächsten großen Schritt in der Weltraumforschung. Jedes der Experimente, die von der Crew-11-Besatzung durchgeführt werden, ist Teil eines größeren Puzzles, das das Artemis-Programm der NASA und zukünftige Missionen zum Mars realisierbar macht. Lösungen für medizinische Probleme, nachhaltige Lebensmittelproduktion und das Verständnis grundlegender biologischer Prozesse im Weltraum sind das Fundament, auf dem eine langfristige menschliche Präsenz außerhalb der Erde aufgebaut wird.

Gleichzeitig fördert die ISS die Entwicklung kommerzieller Möglichkeiten in der erdnahen Umlaufbahn. Die Zusammenarbeit mit privaten Unternehmen wie SpaceX sichert nicht nur den Transport von Besatzungen und Fracht, sondern öffnet auch die Tür zu einer neuen Wirtschaft im Weltraum. Die auf der Station durchgeführten Forschungen, von der Pharmazie bis zu den Materialwissenschaften, haben ein enormes kommerzielles Potenzial. Auf diese Weise dient die ISS als Brücke zwischen den heutigen Errungenschaften und einer Zukunft, in der der Weltraum zugänglicher sein wird und die menschliche Reichweite tiefer in das Sonnensystem hineinreicht.

Quelle: NASA