Schleim hat es nicht leicht. Er ist vielleicht das einzige Biomaterial mit gleich zwei Imageproblemen. Er macht äußerlich nicht viel her, gilt also als banal oder Abfall. Und er ist ein außerordentlich potenter Ekel-Auslöser. Das hat seine Berechtigung, denn diese Emotion soll uns mit starken Abwehrreaktionen von Pathogenen und Parasiten fernhalten. Und Schleim ist tatsächlich oft kontaminiert. Er fängt Erreger ein und Mikroben produzieren selbst eigene Schleime. Das sind gute Gründe, um einen großen Bogen um Schleim zu machen. Aus der Distanz wird aber leicht übersehen, wie wichtig, komplex und unverzichtbar dieses Biomaterial ist.

Schleim hat das Leben auf der Erde wohl von Beginn an begleitet und liefert mehrere essenzielle Funktionen, etwa als Gleitmittel, als Klebstoff und als selektive Barriere, die etwa im Darm Nährstoffe passieren lässt und gleichzeitig Erreger abfängt. Dabei ähneln sich biologische Schleime und gehören zur großen Gruppe der Hydrogele. Sie bestehen fast nur aus Wasser, das aber so gebunden ist, dass es nur langsam fließen kann, Das ergibt die charakteristische Schleimigkeit, wobei der Organismus die Konsistenz und Eigenschaften von Schleimen verändern und so an den jeweiligen Bedarf anpassen kann.

In dieser Folge des AstroGeo Podcast erzählt Susanne Wedlich, wie sie ihren Ekel überwand und den Schleim lieben lernte. Vor allem aber geht es um die Rolle des Schleims auf der Erde und wie das Leben sie dank des besonderen Materials gestaltete. Susanne Wedlich ist Autorin des Riffreporter-Magazins Schleimwelten und hat ein Buch über das Thema geschrieben.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• AstroGeo Podcast

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Was Schleim mit uns und der Erde macht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.

9. September 2021 – Am Sonntag, 29. August 2021, ist der Raumtransporter Dragon zur Internationalen Raumstation (ISS) gestartet. Die ISS-Versorgungsmission namens SpaceX CRS-23 – es handelt sich um den 23. kommerziellen Start des Dragon – hat neben 35 weiteren Experimenten aus Deutschland auch ein gemeinsames Experiment der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR e.V.), der Universität des Saarlandes und des University College London (Centre for Nature Inspired Engineering) an Bord. Am Donnerstag, 16. September 2021, wird ESA-Astronaut Thomas Pesquet auf der ISS das Experiment „Touching Surfaces“ installieren und den ersten Test durchführen.

Das Experiment mit Beteiligung der H-BRS nennt sich „Touching Surfaces“. Prof. Dr. Ralf Möller, Projektleiter am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften der Hochschule, erklärt: „Mikroorganismen sind in der Raumfahrt so präsent wie auf der Erde. Sie erreichen das All über Equipment, Experimente und über die Astronauten selbst. Sie verbreiten sich so über die ganze Raumstation und entwickeln eine ganz eigene Mikroflora.“ Diese könne sich unter den Bedingungen des Weltraumfluges verändern, so Möller weiter. Entstehende Biofilme können aber nicht nur Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten haben, sie können sogar zu Materialschäden führen.

Antimikrobielle Oberflächen für stark frequentierte Räume

Folglich wäre die Verwendung neuartiger antimikrobieller Oberflächen eine alternative Strategie gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Reinigungsverfahren oder von Desinfektionsmitteln, um das mikrobielle Wachstum und die Bildung von Biofilm zu hemmen. So wichtig die erhofften Ergebnisse für die Raumfahrt auch sind, so sicher könne das am besten geeigneten Design für „biozide“ Oberflächen sich auch für Anwendungen auf der Erde zum Einsatz kommen, ist sich Möller sicher. Der Professor für Weltraummikrobiologie der H-BRS und des DLR nennt öffentliche Verkehrsmittel, klinische Bereiche oder die Gestaltung von Wohnräumen – oder als Zukunftsvision bemannte Raumfahrtmissionen. Überall, wo viele Menschen auf engen Raum interagieren und eine spezielle Hygiene notwendig ist.

Oberflächen aus Kupfer, Messing und Stahl sind auf der ISS im Test. Oberflächenmuster in der Größenordnung einzelner Mikroorganismen vergrößern die Kontaktfläche zwischen Oberfläche und Mikroben. Die unterschiedliche Oberflächenstrukturierung im Experiment untersucht die bakterielle Anhaftung und die antimikrobielle Wirksamkeit der verschiedenen Materialien.

Neuartige Nanostrukturen mittels Laser

Insgesamt werden fünf sogenannte Touch Arrays zur ISS geschickt. Die ESA Astronauten Thomas Pesquet und Matthias Maurer werden die Touch Arrays in regelmäßigen Abständen während ihrer Missionen berühren. Insgesamt werden die Touch Arrays mindestens 15-mal angefasst. Die Touch Arrays werden in der Raumstation an häufig und seltener genutzten Stellen angebracht, dies erlaubt eine Beobachtung bezüglich der Verteilung von Mikroorganismen innerhalb der ISS.

Bevor Touching Surfaces weltraumtauglich war, untersuchte das Team um Professor Möller die antimikrobielle Wirkung verschiedener metallischer Oberflächen bereits in Laborexperimenten. Die Forschergruppe entwickelte eine maßgeschneiderte Funktionalisierung der metallischen Oberflächen mit einzigartigen Nanostrukturen mittels einer ultrakurz gepulsten direkten Laserbehandlung.

„Da wir die Versuche mit den Touch Arrays, wie sie nun auch auf der ISS zu finden sind, auch im Labor durchgeführt haben, können wir erstens herausfinden, welche Arten von Mikroorganismen sich unter Weltraumbedingungen und durch Berührungen der Astronauten auf den Oberflächen festsetzen. Die Wirksamkeit der laserstrukturierten Oberflächen im Weltraum im Vergleich zur Erde ist ein zweiter Punkt, dem wir entgegenfiebern“, sagt Ralf Möller und fiebert jetzt schon den Ergebnissen entgegen. Die Auswertungen von Touching Surfaces findet unter anderem im Microbiome Center der H-BRS statt.

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

Neuartige Oberflächen gegen Bakterien: Forschungsproben fliegen zur ISS (26. August 2021)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• **ISS** <Forschung & Forschungseinrichtungen>

Der Beitrag Experiment der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg auf ISS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität des Saarlandes.

26. August 2021 – Bakterien könnten im All zum Problem werden. Wie auf der Erde besiedeln Mikroorganismen auch die hier vom Menschen geschaffenen Lebensräume. Sie können mit Versorgungslieferungen an Bord kommen, aber vor allem stammen sie von den Menschen selbst, die von Natur aus mehr Bakterien auf und im Körper beherbergen als eigene Zellen. Auf der ISS waren bislang fast 250 Astronautinnen und Astronauten. Da kommt auch im Mikrokosmos einiges zusammen. Auf Griffen, Hebeln, Knöpfen, überall können sich Bakterien ansiedeln und Biofilme bilden, eine Schleimschicht, in deren Schutz sie beste Bedingungen haben. Die allermeisten der Bakterien sind harmlos. Es könnten aber auch gefährliche darunter sein, die die Situation im All ausnutzen: Das Immunsystem auch der fittesten Raumfahrerinnen und Raumfahrer wird in der Schwerelosigkeit schwächer. Die Mutationsrate der Bakterien hingegen ist durch die energiereiche Strahlung im Weltall höher.

„Wir entwickeln verschiedene neuartige Oberflächen, die verhindern, dass sich solche Biofilme bilden“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. „Ziel ist, dass sich bei Weltraummissionen innerhalb der Raumstation keine Keime ausbreiten, die etwa durch die erhöhte Strahlenbelastung im isolierten Umfeld auch stärker mutieren könnten. Dies ist wichtig vor allem auch mit Blick auf die Zukunft, wenn Astronautinnen und Astronauten noch viel länger als bisher im Weltraum bleiben sollen, wie bei einem bemannten Flug zum Mars“, erklärt der Materialwissenschaftler.

Mikroorganismen können gefährlich werden für die Menschen an Bord, aber auch für die technischen Systeme: „Die Biofilme können zum Beispiel lebenswichtige Kondensatleitungen verstopfen, aber auch Materialschäden herbeiführen und so die Funktionsfähigkeit der sensiblen Technik gefährden. Bakterien bringen auf Oberflächen auch chemische Prozesse in Gang, die dazu führen, dass das Material korrodiert“, erläutert Mücklich. Auch auf der Erde könnten diese neuartigen Oberflächen helfen, den Bakterien das Leben schwerer zu machen: wie in Krankenhäusern oder Schulen, auf viel genutzten Türklinken und überall, wo viele Menschen die gleichen Dinge anfassen und benutzen. „Materialien, die für die Raumfahrt entwickelt wurden, führen oft zu Innovationen auch für den täglichen Gebrauch. Über den Vergleich der Wirkung der Mikrogravitation auf der ISS und unserer Gravitation auf der Erde lernen wir systematisch mehr über das mögliche Reaktionsspektrum der Bakterien“, sagt er.

In mehreren Forschungsprojekten forschen Mücklich und sein Team an neuen, antimikrobiellen Oberflächen. Bereits 2019 hatten sie gemeinsam mit der US-Weltraumbehörde NASA und dem MIT in Boston mehrere Probenserien laserstrukturierter Materialoberflächen zur ISS geschickt. Am 28. August treten jetzt zahlreiche Proben ihren Weg ins All an, bei denen Mücklich mit der europäischen Weltraumagentur ESA und dem Team von Professor Ralf Möller vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR zusammenarbeitet.

Für diese Mission haben die Forscherinnen und Forscher mit einer neuartigen Lasertechnik auf der Mikroebene der Oberflächen von Kupfer-, Messing- und Stahl-Proben mikroskopisch feine, periodische Strukturen „eingraviert“. „Wir verändern mit Laserinterferenz-Technologie gezielt die Mikrotopographie der Oberflächen – de facto ´ohne Chemie´. So wollen wir herausfinden, ob und wie Keime sich darauf in der Schwerelosigkeit ansiedeln und wie eine nanometergenaue Laserstrukturierung in Kombination mit antimikrobiellen Eigenschaften verhindern kann, dass sich Bakterienstämme ausbreiten“, erklärt Mücklich.

Mit seinem Team entwickelt er seit 15 Jahren die Laserinterferenz-Technologie (Direct Laser Interference Patterning -DLIP), die er zur Marktreife gebracht hat. Sie macht es möglich, mikroskopisch feine, dreidimensionale Muster zu erzeugen. „Diese Muster haben eine Dimension von wenigen Mikro- bis einigen hundert Nanometern“, sagt er. Bei den mikrostrukturierten Oberflächen der Proben, die sein Team jetzt ins All schickt, handelt es sich einmal um eine Art „Nagelbrett“ von Submikrometergröße, das es Bakterien schwer machen soll, anzudocken. Weitere haben eine Mulden-Struktur von vielen aneinandergereihten „Sesseln“ im Mikrometer-Maßstab, die es erleichtern soll, Bakterien, die hier sehr gut Platznehmen können, durch maximalen Oberflächenkontakt mit Kupfer-Ionen abzutöten. Und die Dritte Art der Oberflächen haben die Forscherinnen und Forscher so bearbeitet, dass sie absolut glatt sind und als Referenz dienen.

Insgesamt sind es 230 Proben, die jetzt an Bord des SpaceX-Versorgungsfluges zur ISS starten; jeweils rund 30 der drei verschiedenen Mikro-Strukturtypen – Nagelbrett, Sessel und glatt – auf jeweils drei metallischen Materialien: auf reinem Kupfer, auf dem Bakterien durch die Kupfer-Ionen nach kurzer Zeit absterben, auf einer Kupfer-Zink-Legierung, allen bekannt als Messing, und auf reinem Edelstahl, das keinen chemischen Einfluss haben sollte. ESA-Astronaut Mathias Maurer wird nach seiner Ankunft auf der ISS Ende Oktober das Forschungsprojekt betreuen. Maurer hat an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft studiert und bei Frank Mücklich seine Diplomarbeit geschrieben. Auf der ISS wird er Experimente mit den 230 Probenträgern ausführen, und diese mit unterschiedlichen Bakterienstämmen besiedeln.

Nach Abschluss der Experimente werden die Proben materialwissenschaftlich von den Forscherinnen und Forschern an der Universität des Saarlandes und astrobiologisch am DLR untersucht. Es geht darum, herauszufinden, welche Oberflächen-Laserstrukturierung durch DLIP in welcher Größenordnung unter den Weltraumbedingungen auf der ISS wie Schwerelosigkeit, Mikrogravitation und Strahlung am wirksamsten ist.
Matthias Maurer wird im Rahmen seiner „Cosmic Kiss“-Mission auch bei weiteren Experimenten mit dem Forscherteam um Frank Mücklich zusammenarbeiten.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• **ISS** <Forschung & Forschungseinrichtungen>

Der Beitrag Neuartige Oberflächen gegen Bakterien: Forschungsproben fliegen zur ISS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.