Viren scheinen im Weltraum stärker zu sein

Ein beunruhigendes Muster im Orbit

An Bord der Internationalen Raumstation entdeckten Kliniker vor einigen Jahren bei der Behandlung eines Besatzungsmitglieds, dass ein gewöhnlicher Hautausschlag einen außergewöhnlichen Hinweis enthielt: lebende Herpes-simplex-Viren vom Typ 1, die sowohl in einer Läsion als auch im Speichel des Astronauten in hoher Konzentration vorhanden waren. Dieser Befund war keine isolierte Kuriosität. Über Jahrzehnte der bemannten Raumfahrt hinweg haben Teams, die Astronauten überwachen, immer wieder das Wiederauftreten latenter Herpesviren während der Missionen registriert. Laborgruppen berichteten zudem, dass einige Mikroben, die in der Mikrogravitation oder an Bord von Raumfahrzeugen gezüchtet wurden, aggressiver werden oder mehr infektiöse Partikel produzieren als ihre auf der Erde gezüchteten Zwillinge. Diese separaten Beobachtungen – Virusreaktivierung beim Menschen, Bakterien, die nach dem Weltraumflug virulenter werden, und Labornachweise, dass sich Viruspartikel bei geringer Schwerkraft effizienter zusammensetzen können – werfen für Missionsplaner und Mikrobiologen gleichermaßen eine schwierige Frage auf: Werden Pathogene im Weltraum wirklich „stärker“, und wenn ja, warum?

Es gibt keine einzelne, einfache Antwort. Was Wissenschaftlern heute vorliegt, ist ein Mosaik aus Experimenten, klinischen Fallberichten und genomischen Untersuchungen, die auf mehrere Wege hindeuten, wie die Weltraumumgebung Mikroben und das menschliche Immunsystem verändern kann, sowie auf reale operationelle Risiken für Langzeitmissionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn. Die Beweislage ist robust genug, um Aufmerksamkeit zu fordern, und gleichzeitig unvollständig genug, um große mechanistische Lücken zu lassen.

Unerwartete Biologie im Orbit

Die klinische Überwachung von Astronauten hat wiederholt die Reaktivierung und Ausscheidung latenter menschlicher Herpesviren – Epstein-Barr-Virus (EBV), Varizella-Zoster-Virus (VZV), Cytomegalievirus (CMV) und Herpes-simplex-Virus (HSV) – sowohl während kurzer Shuttle-Flüge als auch während längerer ISS-Missionen dokumentiert. In einem detaillierten Fall entwickelte ein Astronaut mitten in der Mission eine HSV-1-Dermatitis; die Untersucher fanden hohe Viruslasten sowohl im Ausschlag als auch im Speichel. Genomsequenzierungen zeigten, dass die Viruspopulation während des Fluges mehr Minor-Varianten aufwies als Proben, die nach der Rückkehr zur Erde entnommen wurden, was auf eine veränderte Virusdynamik während der Mission hindeutet. Diese Ergebnisse sowie umfangreichere Untersuchungen von Astronautenspeichel und -urin deuten darauf hin, dass eine Virusreaktivierung häufig vorkommt und im Flug manchmal lebende, infektiöse Viren hervorbringt.

Virionen-Assemblierung und Phagen in der Mikrogravitation

Gleichzeitig offenbaren genomische Untersuchungen von Bakterienisolaten der ISS eine sich schnell anpassende mikrobielle Gemeinschaft auf den Oberflächen der Station und in ihren Wassersystemen. Diese Untersuchungen identifizierten Hunderte von Prophagen – Virusgenome, die in Bakterienchromosomen integriert sind – sowie von Prophagen kodierte Funktionen, die mit Stressresistenz, DNA-Reparatur und antimikrobieller Resistenz in Verbindung stehen. Die Aktivität dieser mobilen genetischen Elemente ist ein glaubwürdiger Mechanismus für Mikroben, um Eigenschaften zu erwerben, die das Überleben in der Umgebung des Raumfahrzeugs verbessern und potenziell die Pathogenität verändern.

Mögliche Mechanismen und interagierende Faktoren

Forscher jonglieren eher mit mehreren Hypothesen als mit einem einzigen Erklärungsmodell. Eine Reihe von Mechanismen wirkt auf den menschlichen Wirt: anhaltender Missionsstress, gestörter Schlaf und gestörte zirkadiane Rhythmen, schwankende Hormonspiegel (insbesondere Cortisol) und messbare Veränderungen der Immunzellfunktion verringern die Immunüberwachung und die Kontrolle latenter Viren. Hochenergetische Teilchenstrahlung kann zudem Wirtszellen schädigen und hat in Laborsystemen gezeigt, dass sie die lytische Transkription von Herpesviren auslösen kann, was einen direkten, nicht-immunologischen Weg zur Reaktivierung darstellt. Diese auf den Menschen fokussierten Effekte helfen zu erklären, warum latente Viren, die auf der Erde jahrelang unauffällig im Körper leben, während einer Mission mit der Ausscheidung beginnen können.

Auf der mikrobiellen Seite verändert die Mikrogravitation den Flüssigkeitsfluss und den Transport, sodass die Diffusion über die Sedimentation dominiert. Dies verändert Nährstoffgradienten, Scherkräfte und die Biofilm-Architektur; in einigen Experimenten führten diese physikalischen Veränderungen zu veränderter Genexpression, verstärkter Biofilm-Bildung und Änderungen in regulatorischen Netzwerken wie dem Hfq-Regulon, das an der Reaktion von Salmonellen auf Weltraumflüge beteiligt ist. Bei Viren könnten veränderte Assemblierungsdynamiken – weniger Konvektionsströme, andere Kollisionsraten von Kapsidproteinen oder ein modifiziertes Verhalten der Lipidmembran – denkbarerweise die Effizienz oder Stabilität der produzierten Virionen verändern, obwohl direkte Beweise für menschliche Viren unter echten Weltraumbedingungen noch begrenzt sind. Schließlich schaffen die Phagen-Wirt-Dynamik und der horizontale Gentransfer an Bord von Raumfahrzeugen einen weiteren Vektor für Mikroben, um Merkmale im Zusammenhang mit ihrer Persistenz zu gewinnen.

Operationelle Risiken und Missionsdesign

Für kurze Missionen erscheint das unmittelbare Gesundheitsrisiko überschaubar: Die meisten bisher aufgezeichneten Virusreaktivierungen verliefen asymptomatisch oder mild, und es existieren routinemäßige Gegenmaßnahmen. Planer für Artemis, lunare Habitate und spätere Marsmissionen sorgen sich jedoch um die Langzeitexposition. Auf einer monatelangen Reise jenseits der Erde verstärkt die Kombination aus höherer galaktischer kosmischer Strahlung, längerer Mikrogravitation und begrenzten medizinischen Evakuierungsmöglichkeiten die Risiken. Wenn ein latentes menschliches Virus zu einem Zeitpunkt zu einer symptomatischen Erkrankung reaktiviert wird, an dem die medizinischen Vorräte und der Immunstatus beeinträchtigt sind, könnte die Mission gefährdet sein. Ebenso stellen Mikroben, die hartnäckige Biofilme bilden oder Antibiotikaresistenzgene verbreiten, eine Bedrohung für Lebenserhaltungssysteme wie die Wasseraufbereitung dar.

Was Wissenschaftler und Behörden unternehmen

Weltraumorganisationen und akademische Gruppen reagieren an mehreren Fronten. Kontinuierliche biologische Überwachung von Körperflüssigkeiten der Besatzung und Oberflächen, genomische Überwachung von Stationsmikroben, verbesserte Sterilisation und antimikrobielle Oberflächen sowie Experimente, die darauf ausgelegt sind, die getrennten Rollen von Mikrogravitation, Strahlung und Stress zu entschlüsseln, sind im Gange. Einige Teams untersuchen Ansätze der „Astropharmazie“: kleine, zellfreie Kits, die Therapeutika oder phagenbasierte Antimikrobiotika bei Bedarf im Weltraum synthetisieren könnten. Andere Gruppen testen Minderungsstrategien, die in Bodenexperimenten identifiziert wurden – zum Beispiel Medienzusätze, die weltraumassoziierte Virulenzsignaturen bei Salmonellen neutralisieren – und verfeinern Umweltkontrollsysteme, um die Biofilm-Bildung zu begrenzen.

Wie besorgt sollten wir sein?

Die kurze Antwort lautet: wachsam, nicht panisch. Die Summe der Ergebnisse aus der Astronautenüberwachung, bakteriellen Virulenztests und Laborstudien zur Phagen-Assemblierung zeigt konsistente, reproduzierbare biologische Reaktionen auf die Weltraumumgebung, aber diese Reaktionen variieren je nach Organismus, Versuchsaufbau und Dauer. Es gibt klare Belege dafür, dass das Immunsystem des Wirts im Flug verändert ist und dass einige Mikroben darauf reagieren, indem sie in Modellsystemen stressresistenter oder virulenter werden – aber diese Ergebnisse in eine einfache Schlagzeile wie „Viren sind im Weltraum stärker“ zu übersetzen, übersteigt die aktuelle Beweislage. Kritische Unbekannte bleiben bestehen: ob menschliche Viren unter echten Weltraumbedingungen intrinsisch infektiöser werden, wie lange weltraumgetriebene Veränderungen nach der Rückkehr der Proben zur Erde anhalten und ob Gegenmaßnahmen klinisch signifikante Folgen während Deep-Space-Missionen zuverlässig verhindern können.

Das praktische Fazit für Missionsplaner ist bereits klar: Mikrobiologie muss in das Design von Raumfahrzeugen und die medizinische Planung integriert werden, anstatt als Nebensache behandelt zu werden. Für Forscher ist die dringende Agenda ebenso deutlich: mehr kontrollierte Weltraumexperimente (einschließlich Studien zur Virus-Assemblierung in echter Mikrogravitation), mechanistische Arbeiten, welche die Rollen von Strahlung und Fluiddynamik isolieren, und eine erweiterte medizinische Überwachung während des Fluges bei einer größeren und vielfältigeren Besatzungspopulation. Nur mit diesen Belegen werden wir von besorgniserregenden Schlagzeilen zu robusten technischen und medizinischen Lösungen gelangen, die Astronauten schützen, wenn die menschliche Exploration die erdnahe Umlaufbahn endgültig verlässt.

Quellen

• NPJ Microgravity (Verbesserte Assemblierung des Bakteriophagen T7, 2024; Serratia marcescens Virulenzstudie, 2019; Salmonella Wirt-Pathogen-Studie, 2021)
• Viruses (Fallbericht: Dermatitis während eines Weltraumflugs im Zusammenhang mit HSV-1-Reaktivierung, 2022)
• Nature Reviews Immunology (Astroimmunologie-Review, 2025)
• Nature Communications / NASA Ames technische Berichte (Untersuchung von Prophagen und mikrobieller Anpassung auf der ISS, 2023)
• NASA-Wissenschaftsprogramm-Materialien zu Biofilmen und mikrobiellen Untersuchungen in Lebenserhaltungssystemen (Bacterial Adhesion and Corrosion / BAC-Studie)