Experimente
"Außenposten" im All
Internationale Raumstation ISS
theme

AgXX - Neuer Kontaktkatalysator rückt Biofilmen zu Leibe

Autoplay
Info an
Info aus
Informationen
Schließen
Vollbild
Normal
zurück
vor
{{index}}/{{count}}
Tipp:
<Escape>, um fullscreen zu beenden.
  • Kosmonaut Alexander Samokutjajew mit dem Vorläufer%2dExperiment BIORISK%2dMSM

    Kosmonaut Alexander Samokutjajew mit dem Vorläufer-Experiment BIORISK-MSM

  • Gefahr für Gesundheit und Hardware

    Gefahr für Gesundheit und Hardware

    Die mikrobielle Verunreinigung durch Pilze, Keime und Sporen sind für die Gesundheit der Astronauten und für die Hardware eine große Gefahr.

  • Zeitlicher Verlauf der Abtötung von Hefezellen durch AgXX

    Zeitlicher Verlauf der Abtötung von Hefezellen durch AgXX

    Zeitlicher Verlauf der Abtötung von Hefezellen durch AgXX (Auflösung: 1 μm): Die Blaufärbung tritt erst ein bis zehn Minuten nach dem Zelltod auf. Da nach 15 Minuten alle Zellen blau gefärbt sind, waren nach circa fünf Minuten alle Hefezellen im Umkreis des AgXX-Partikels vollständig abgetötet.

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Biofilme aus Bakterien, Hefen und Pilzen sind für Crews und Hardware im Weltall eine große Gefahr. Zum einen können sie die Gesundheit der Astronauten beeinträchtigen, zum anderen durch ihre korrodierende Wirkung auf verschiedenste Materialien die Hardware beschädigen. Auf der Erde verursachen sie Probleme in allen Bereichen, die mit Wasserqualität, wässrigen Lösungen und Hygiene in Zusammenhang stehen (zum Beispiel in Krankenhäusern, Altersheimen, Kindergärten, in der Lebensmitteltechnologie, in der Produktion, in der Klimatechnik und auch im Haushalt). Eine Vielzahl verschiedener Mikroorganismen konnte in der Vergangenheit in Raumfahrzeugen und in den Raumstationen MIR und ISS nachgewiesen werden. Im Hinblick auf zukünftige exploratorische Langzeitmissionen sollte diese Belastung eingeschränkt oder am besten ganz vermieden werden.

Eine mögliche Lösung liefert uns die Geschichte: Die keimtötende Wirkung geringer Mengen von Silber war schon im Altertum bekannt. So wurden Trinkwasservorräte auf Schiffen oder in Zisternen durch die Zugabe von Silbermünzen haltbarer gemacht. Zum gleichen Zweck wurden Silbergefäße als Vorratsbehälter oder als Trinkgefäße genutzt. Mit dem besseren Verständnis für die besondere Wirkungsweise von Silber versuchte man in der Neuzeit das Edelmetall für verschiedenste Anwendungen zu nutzen, stieß dabei jedoch auf die Grenzen der Silbertechnologie. Doch immer wenn der Mensch auf Probleme stößt, wird er kreativ und erfinderisch. So hat die Firma Largentec GmbH in den letzten Jahren mit AgXX einen völlig neuen antimikrobiellen Kontaktkatalysator entwickelt - eine speziell strukturierte und beschichtete Edelmetalloberfläche, die durch bestimmte Nachbehandlung veredelt und konditioniert wird. Die antimikrobielle Wirkung findet hauptsächlich an oder in unmittelbarer Nähe der AgXX-Oberfläche durch eine Änderung des Ladungspotenzials biologischer Membranen (Depolarisierung) statt. Im Anschluss zerfällt die Zelle durch Schädigung oder Auflösung der äußeren Zellmembran (Zelllyse).

Das AgXX-Experiment soll das im Jahr 2005 begonnene russische Experiment BIORISK fortsetzen und erweitern. So wird unter Weltraumbedingungen getestet, wie wirksam der neuartige Kontaktkatalysator im Vergleich zu Silber Biofilme vermeidet oder zerstört. Nach dem ISS-Aufenthalt werden auf der Erde entsprechende Analysen durchgeführt, mit denen die auf den Versuchsplatten gewachsenen Mikroorganismen bestimmt sowie die Veränderungen der bakteriellen Genexpressionsmuster nach Kontakt mit AgXX nachgewiesen werden. Dabei soll zusätzlich auch der Wirkmechanismus von AgXX untersucht werden.

Experimentbeschreibung:

Für das Experiment wurden drei identische Platten mit verschiedenen Probenträgern bestückt (unter anderem V2A-Stahl, Polydimethylsiloxan), mit unterschiedlichen Beschichtungen (unter anderem Silber, AgXX) versehen zur ISS gebracht und dort der mikrobiellen Belastung im russischen Swesda-Modul ausgesetzt.

Status:

Die Probenplatten wurden am 23. Oktober 2012 zur ISS geschickt und im April und im Oktober 2013 für die Analyse zur Erde zurückgebracht. Dank der positiven Zwischenergebnisse wurde in Fortsetzung der Kooperation ein weiterer Probenträger im Februar 2014 zur ISS transportiert, der bis Oktober 2015 den Umgebungsbedingungen auf der ISS ausgesetzt und anschließend analysiert wird.

Ergebnisse:

Die Probenplatten, die für sechs Monate beziehungsweise ein Jahr den Bedingungen auf der ISS ausgesetzt waren, sind bereits mikrobiologisch untersucht worden. Die Ergebnisse sind vielversprechend: Nach sechs Monaten auf der ISS waren die V2A-Stahl Probenträger mit AgXX-Beschichtung frei von mikrobieller Kontamination, wohingegen die V2A-Stahl Probenträger mit Silberbeschichtung und alle untersuchten Probenträger auf Polydimethylsiloxan-Basis wesentlich stärker mikrobiell bewachsen waren. Nach zwölf Monaten auf der ISS waren nur ein Drittel der V2A-Stahl Probenträger mit AgXXBeschichtung schwach mikrobiell belastet. Bei den anderen Probenträgern waren es hingegen 50 bis 100 Prozent. Die Mikroorganismen auf den V2A-Stahl Probenträgern mit AgXX-Beschichtung waren - im Gegensatz zu den von den anderen Probenträgern isolierten Mikroorganismen - nicht in der Lage, sich weiter zu vermehren. Sie waren somit weder für die Astronauten noch für die Materialien auf der ISS gefährlich. Die Untersuchungen zur Stressantwort von Bakterien auf den Kontakt mit AgXX haben an der Universität Freiburg bereits begonnen.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Die Ergebnisse sollten neue Möglichkeiten bieten, das Biofilmwachstum zu reduzieren beziehungsweise ganz zu verhindern. Gelingt es, den AgXX-Mechanismus zu verstehen, dann kann die Wirkung dieses Kontaktkatalysators gegebenenfalls angepasst und weiter verbessert werden. Wenn AgXX unter Weltraumbedingungen funktioniert, ergeben sich weite Einsatzmöglichkeiten in der Raumfahrt und auf der Erde. Von weiteren geplanten Genexpressionsanalysen erwarten die Wissenschaftler neue Erkenntnisse zur Stressantwort von Bakterien, die zu fortschrittlichen Strategien zur Verhinderung des Biofilmwachstums führen sollen.

Die vorläufigen, sehr positiven Ergebnisse auf der ISS bescheren der Largentec GmbH einen wichtigen Marketing-Effekt, der die Aufmerksamkeit noch einmal verstärkt auf die besonderen Entkeimungs- beziehungsweise Sterilisationsmöglichkeiten durch AgXX lenken wird. Die wissenschaftliche Begleitung der Tests auf der ISS hilft dabei, die AgXXWirkung besser zu verstehen. So können neue Anwendungsfelder wie zum Beispiel in der Medizintechnik leichter erschlossen werden. Die hohen Eintrittsbarrieren in Wissenschaft, Technik und Medizin, die erst einmal für jede neue Technologie bestehen, lassen sich mit den Versuchsreihen auf der ISS in jedem Fall weiter reduzieren.

Start: 23. Oktober 2012 / Sojus TMA-06M
ISS-Zeitraum seit Oktober 2012
Unterbringung Swesda-Modul
Experimentator Prof. Dr. Elisabeth Grohmann; Prof. Dr. Uwe Landau; Prof. Dr. Natalia Novikova
Einrichtung Universität Freiburg; Largentec GmbH; IBMP Moskau
Bereich Mikrobiologie
Partner IBMP Moskau

 

Zuletzt geändert am:
02.07.2014 14:29:12 Uhr