Analysen mikrobieller Verunreinigungen in Raumfahrzeugen
Menschen verbringen mehr als 90% ihrer Zeit in geschlossenen Räumen bzw. Fahrzeugen. Biologische Kontaminanten stellen dort somit ein nicht geringes Gesundheitsrisiko dar. Vor allem auf bemannten Raumflügen können biologische Krankheitserreger die Mannschaft gefährden und auch die Ausrüstung an Bord kontaminieren. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Biocontamination specific modeling in habitats related to space" (BIOSMHARS) entwickelte und testete ein mathematisches Modell zur Vorhersage des Transportverhaltens von Bioaerosolen in geschlossenen Räumen und der Ausbreitung biologischer Kontaminanten. Ziel war, eine Methode zu entwickeln, um die Verteilung mikrobieller Kontaminanten über die Luft zu analysieren. Simuliert wurden Luftströmung und Temperaturverteilung, weiterhin wurden verschiedene biologische Luftinhaltsstoffe menschlicher Herkunft berücksichtigt. Ein dreidimensionales CFD-Modell (computergestützte Fluidikdynamik) zur Simulation von Bedingungen unter normaler Schwerkraft wird derzeit für Bedingungen unter Mikrogravitation weiterentwickelt. Prüfungen derzeitiger Nachweisverfahren für biologische Kontaminanten in Raumschiffen ergaben Verbesserungsbedarf bei ingenieurtechnischen Systemen. Anhand eines aussagefähigen Simulationsmodells zur Verteilung von Aerosolen in geschlossenen Räumen wurde das Design von Räumen getestet, um adäquate Überwachungs- und Präventionsmaßnahmen für diese Art von Kontaminanten zu entwickeln. Für die Probenanalysen wurden Mikroorganismenstämme verwendet, die aus der Raumfähre ISS isoliert worden waren, darunter der Pilz Penicillium expansum und die beiden Bakterienarten Staphylococcus epidermidis und Bacillus subtilis. Anschließend wurde die Reinheit der generierten Bioaerosole wie auch deren Stabilität, Quellstärke und Größenverteilung geprüft. In einem Modell wurden Luftströmung, Entstehung und Dispersion von mikrobiellen Kontaminanten im geschlossenen Raum sowie Oberflächenbesiedlung dargestellt. Die Kalibrierung des Modells erfolgte im geschlossenen BIOS-3-Ökosystem in Krasnojarsk, Russland, als Analogum zur ISS-Raumstation, um es an die realen Bedingungen in einem Raumschiff anzupassen. Die Analyse komplexer Phänomene bei der Dispersion von Mikroben über die Luft und Besiedlung von Oberflächen in geschlossenen Räumen könnte auch für das Management von Krankenhäusern und Raumfahrzeugen sowie für die pharmazeutische und Lebensmittelindustrie von Bedeutung sein. Damit liefert das Projekt wertvolle Informationen, die zur Reduzierung der biologischen Belastung und zur Qualitätssicherung etwa in pharmazeutischen Betrieben beitragen können, und auf deren Basis geeignete Reinräume entworfen werden können.
