Niemand wil het risico lopen om in de ruimte besmet te raken. Terugkeren naar de aarde is vaak onmogelijk, de behandelmethoden zijn beperkt, bemanningen kunnen niet op alle mogelijk complicaties reageren en één besmette astronaut kan de hele missie in gevaar brengen.
Dat geldt vooral voor toekomstige missies naar Mars, waarbij een astronaut met een loopneus zich op minstens 53 miljoen kilometer van de dichtstbijzijnde apotheek zou bevinden. En hoewel astronauten die naar de ruimte reizen, al een hele hoop voorzorgsmaatregelen nemen om het risico op ziekten te vermijden, blijft de vraag wat er gebeurt als we op de Rode Planeet een geheel nieuwe bron van infecties zullen aantreffen.
Niemand weet of er tegenwoordig op Mars microbieel leven bestaat. Maar als de planeet wordt bewoond door meer dan robotvoertuigjes, zal het zeer waarschijnlijk gaan om eencellige organismen die onder de grond zijn beschermd tegen sterke straling en mogelijk in de omgeving van geothermale systemen leven, waar deze organismen de beschikking hebben over water, voedingsstoffen en energie.
Het probleem is dat mensen graag diezelfde ondergrondse hulpbronnen willen aanboren, waardoor ze aan potentiële Martiaanse ziekteverwekkers blootgesteld kunnen worden. Studies naar aardse microben wijzen erop dat sommige bacteriën zich in de ruimte vreemd kunnen gedragen. Een beter inzicht in de wijze waarop de wisselwerking tussen ziekteverwekkers en gastheren (in dit geval mensen) tijdens ruimtereizen verandert, is van cruciaal belang voor de maanden of jaren durende reizen die nodig zouden zijn voor de voltooiing van een bemande missie naar Mars.
“We zullen eerst goed moeten uitzoeken wat microben in de omgeving van een ruimtereis zullen doen voordat we mensen op zulke lange reizen sturen,” zegt Cheryl Nickerson van de Arizona State University.
Herkennen van infecties
In de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw werden tenminste twee Apollo-missies door de ziekte van bemanningsleden verstoord. In 1968 meldde Apollo 7-commandant Wally Schirra vijftien uur na de lancering dat hij een verkoudheid had opgelopen. Hij vertelde het meteen aan zijn collega’s die steeds humeuriger en geïrriteerder werden, en die daarop reageerden met een ‘mini-muiterij’.
Later, maar nog vóór de beruchte Apollo 13-missie in 1970, werd tenminste één bemanningslid op voorhand vervangen omdat hij was blootgesteld aan de mazelen. Tijdens een vlucht kreeg bemanningslid Fred Haise last van een urineweginfectie, die niet werd behandeld en daardoor zeer pijnlijk werd en tot een slepende nierinfectie leidde.
Tegenwoordig wordt het risico op ziekten in de ruimte verlaagd door de astronauten vóór hun vlucht in quarantaine te houden. Volgens de huidige NASA-richtlijnen moet dat zeven dagen vóór de lancering gebeuren, wanneer de astronauten in vertrekken worden ondergebracht waar ze alleen contact mogen hebben met gescreende familieleden en ondersteunend personeel. In de praktijk kan dat nog altijd zo’n veertig tot vijftig mensen betekenen, zegt astronaut Samantha Cristoforetti, die op het kosmodroom van Bajkonoer in Kazachstan in quarantaine heeft gezeten.
“Samen met ons zaten er veel mensen in quarantaine,” zegt ze. “We gaan dan niet veel met andere mensen om, we zouden fysiek contact moeten vermijden en zij dragen mondmaskers.”
In die periode worden de astronauten en de mensen met wie ze omgaan, geregeld door artsen gecheckt op symptomen van een infectie, zoals koorts of keelpijn.
“Hoewel het misschien niet erg spannend klinkt, maken we ons zorgen over heel alledaagse infectieziekten als een gewone verkoudheid of griep, omdat die ziekteverwekkers het meest voorkomen,” schrijft Robert Mulcahy, arts bij het Johnson Space Center van de NASA, in een e-mail. “We willen niet dat de prestaties van de bemanning tijdens kritieke handelingen als de lancering en het aandokken worden beperkt door een koutje.”
Soortgelijke procedures gelden voor kosmonauten die met de Russische Sojoez-capsule vanuit Kazachstan naar de ruimte reizen. Maar Mulcahy en zijn collega’s werken momenteel aan een herziening van de quarantaineregels van de NASA die zal worden gepresenteerd als onderdeel van het zogenaamde Health Stabilization Plan, het draaiboek van de NASA voor commerciële bemanningen en toekomstige NASA-missies die vanuit de VS starten.
Tot de voorgestelde aanpassingen behoren de verlenging van de quarantaineperiode van zeven naar veertien dagen, het uitbreiden van de beperkingen van directe contacten tussen astronauten en gasten, en aanvullende vaccinaties voor niet-astronauten die bij de lancering zijn betrokken.
“We zien in de algehele populatie in de VS een terugkeer van ziekten die met vaccinaties voorkomen kunnen worden, zoals de mazelen,” zegt Mulcahy, “dus is het belangrijk om gedurende de quarantaineperiode te zorgen voor een zo laag mogelijk risico op blootstelling aan deze ziekten.”
Stammenstrijd
Het is één ding om astronauten van tevoren te beschermen tegen blootstelling aan ziekten, maar hoe zit het met micro-organismen die onvermijdelijk tijdens een ruimtereis meeliften, binnenin of op de bemanningsleden?
Al tientallen jaren doen wetenschappers onderzoek naar de manier waarop mensen en microben op extreem lage zwaartekracht reageren, en dat kan ook van belang zijn in het geval van de lage zwaartekracht op Mars. Hoewel de precieze mechanismen van dit soort reacties nog niet goed worden begrepen, blijkt uit observaties dat de permanente wapenwedloop tussen besmettelijke microben en het immuunsysteem van de mens waarschijnlijk door het verblijf in de ruimte wordt beïnvloed, en mogelijk in het voordeel van infecties.
Lage zwaartekracht kan het menselijk immuunsysteem verzwakken en ons dus vatbaarder maken voor ziekten, zo blijkt uit dit onderzoek. Ook lijken microben bij extreem lage zwaartekracht anders op verschillende vormen van stress te reageren, waardoor hun ziekteverwekkende potentieel en hun weerstand tegen remedies in sommige gevallen wordt versterkt. Uit tientallen onderzoeken, zowel in de ruimte als op aarde (in nagebootste omstandigheden bij extreem lage zwaartekracht), blijkt dat sommige bacteriën in de ruimte anders op hun omgeving reageren.
“Het was eigenlijk heel verrassend om een verandering te zien in de virulentie van een micro-organisme in de ruimte,” zegt Nickerson. In haar laboratorium werd aangetoond dat een bepaalde stam van de bacterie Salmonella typhimurium (die bij mensen onaangename voedselvergiftigingen veroorzaakt) na een periode bij extreem lage zwaartekracht virulenter werd, dat wil zeggen dat het virus meer schade aanricht.
In 2006 werd een Salmonella-monster met de spaceshuttle Atlantis de ruimte in gestuurd. Terwijl Nickerson en haar team de bacterie hier op aarde kweekten, deden de astronauten hetzelfde in de ruimte. Nadat de shuttle op aarde was teruggekeerd, besmette Nickerson muizen met Salmonella die op aarde was gebleven en met Salmonella die in de ruimte was geweest.
Het resultaat was dat de ‘ruimte-Salmonella’ virulenter was geworden, zodat de muizen sneller en bij lagere doses overleden. Maar Nickerson zegt er meteen bij dat het effect slechts tijdelijk was.
“Dit was een kortdurend experiment,” zegt zij. “Het ging niet om een permanente, overerfbare verandering. De bacteriën pasten zich gewoon aan hun omgeving aan, en als je ze weer uit dat milieu haalt, dan veranderen ze weer (...). Dat is wat bacteriën altijd doen, ook als ze ons besmetten, waar dan ook.”
Uit vervolgonderzoek bleek dat de extreem lage zwaartekracht een signaal nabootst waarmee Salmonella op aarde vertrouwd is: de afname van de hoeveelheid kracht die wordt uitgeoefend door vloeistoffen die zich over het celoppervlak bewegen. Dat signaal zegt de bacterie dat het tijd is om aan de besmetting te beginnen. Op aarde doet die relatieve rust zich voor in een knus en afgeschermd hoekje in de longen of de ingewanden, maar in de ruimte wordt het signaal constant afgegeven.
“Niemand heeft dat eerder kunnen aantonen,” zegt Nickerson. “Niemand had eraan gedacht dat fysieke krachten de virulentie of het ziekteverwekkende vermogen van een organisme veranderen.”
Verstopte neus
Maar tot nu toe is Salmonella de enige microbe waarbij de toegenomen virulentie bij extreem lage zwaartekracht tijdens een ruimtereis bij een levend dier is aangetoond. Uit talloze andere onderzoeken is naar voren gekomen dat een verblijf in de ruimte de groei, de omvang, het metabolisme, de antimicrobiële weerstand en andere eigenschappen van bacteriën beïnvloedt.
Deze experimenten zijn zowel in de ruimte als op aarde onder gesimuleerde omstandigheden bij extreem lage zwaartekracht uitgevoerd. Getest werden welbekende microben als E. coli, Yersinia pestis (de veroorzaker van de pest), Streptococcus mutans, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis en Candida albicans, een gist dat verantwoordelijk is voor schimmelinfecties. Bij enkele van deze studies werden aanwijzingen gevonden dat ook andere microben bij extreem lage zwaartekracht virulent kunnen worden, terwijl andere juist het tegenovergestelde gedrag of geen reactie lieten zien.
“Uit de vele experimenten van de afgelopen vijftig jaar is naar voren gekomen dat micro-organismen elk op hun eigen wijze reageren als ze in de ruimte worden gekweekt, waarbij ze veranderingen laten zien in hun groeikinetica, hun weerstand tegen antibiotica en hun vermogen om biofilms te vormen,” aldus Mark Ott van de NASA.
Vooral de vorming van biofilms kan een groot probleem voor de menselijke gezondheid en voor leefsystemen zijn. Deze conglomeraten van microben zetten zich vast op oppervlakken en groeien met behulp van synergie, waarbij complexe en gelaagde structuren ontstaan die de weerstand van de organismen tegen de immuunrespons en tegen bedreigingen vanuit de omgeving wordt versterkt. Daardoor zijn ze bij mensen buitengewoon moeilijk te behandelen en zijn ze ook verantwoordelijk voor de verstopping en afbraak van belangrijke voorzieningen in ruimtestations.
“De meerderheid van de bacteriën in de natuur leeft in koloniën op oppervlakken,” schreven Cynthia Collins en haar collega’s van het Rensselaer Polytechnic Institute onlangs in een wetenschappelijk artikel. “In het Russische ruimtestation Mir werden grote hoeveelheden biofilm aangetroffen, die tot versterkte corrosie leidden en het waterfilteringssysteem verstopten.”
In 2011 stuurden Collins en haar collega’s de bacterie Pseudomonas aeruginosa – verantwoordelijk voor de ziekte van astronaut Fred Haise – de ruimte in met de spaceshuttle Atlantis. Daar vermeerderde de microbe zich snel in biofilms die dikker en zwaarder werden dan hun tegenhangers op aarde en een vorm aannamen die door wetenschappers werd omschreven als “een structuur van zuilen en gebladerte die op aarde nooit is waargenomen.”
Uit andere studies blijkt dat bacteriën niet alleen in de ruimte gedijen, maar dat ze door de veranderingen in hun groei en gedrag ook moeilijker zijn te doden. In een omloopbaan rond de aarde bleek vooral de bacterie E. coli duidelijk weerbaarder tegen antibiotica te worden, zoals werd ontdekt tijdens een experiment dat in 1982 aan boord van het Sovjetruimtestation Saljoet 7 werd uitgevoerd.
In recentere tijden namen de astronauten Terry Virts en Jeff Williams monsters van acht oppervlakken in het International Space Station (ISS), waaronder de eettafel, de leefunits voor de bemanning en het compartiment voor afvalverwerking en hygiëne. De monsters werden naar de aarde gestuurd om te worden gekweekt.
“Het ISS is geen steriele omgeving,” zegt Mulcahy. “De astronauten maken er geregeld schoon, net zoals je dat thuis zou doen.”
Toen een team van het Jet Propulsion Laboratory de micro-organismen uit deze monsters kweekte en hun genen sequentieerde, ontdekte het dat veel van de kweken, waaronder negen ziekteverwekkende microben, resistentie bezaten tegen een groot aantal antibiotica, waaronder penicilline. Uit de sequentiëring bleek ook dat ze potentieel resistent waren tegen andere antibiotica, hoewel die bevinding nog niet in experimenten is bevestigd en ook niet is bewezen dat omstandigheden in de ruimte de oorzaak van de verhoogde resistentie zijn.
Maar ook als uiteindelijk blijkt dat er op de huidige planeet Mars geen leven voorkomt, zal het schoonhouden van toekomstige units voor bemanningen zeer belangrijk zijn, evenals een goed inzicht in de bestrijding van aardse ziekteverwekkers die bij extreem lage zwaartekracht extra goed zouden kunnen gedijen.
“Kun je alles zien aankomen? Nee, want we weten hier op aarde zelfs niet waarom de overgrote meerderheid van ziekteverwekkers ziekte veroorzaken,” zegt Nickerson. “Maar het is wel ongelooflijk belangrijk. Microben beheersen de wereld – en wij mogen wat meespelen.”
Dit verhaal verscheen oorspronkelijk in het Engels op NationalGeographic.com
