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Bemannte Raumfahrt

Immunschwäche bei Astronauten auf der Spur

werelosigkeit ist mit gesundheitlichen Kosten verbunden. (Bild: Georgethefourth/iStock)

Ungesundes Schweben: Ein Aufenthalt in der Schwerelosigkeit schwächt unter anderem die Widerstandskraft der Astronauten gegen Krankheitserreger. Eine Studie liefert nun neue Hinweise darauf, was hinter diesem Effekt steckt. Bei schwacher Schwerkraft spielen demnach die sogenannten regulatorischen T-Zellen verrückt: Sie dämpfen das Immunsystem unnatürlich stark. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Ergebnisse zur Entwicklung von Strategien beitragen können, um die gesundheitlichen Belastungen von Raumfahrern einzuschränken.

Die Befreiung vom Effekt der Erdanziehung ist faszinierend – doch schon lange ist bekannt, dass das Schweben den Astronauten nicht guttut: Der unnatürliche Zustand stört die menschliche Physiologie und kann verschiedene Gesundheitsprobleme verursachen, wie etwa Herzrhythmusstörungen, Blutdruckabfall, Dehydrierung und Knochenschwund. Bereits bei den Apollo-Missionen wurde zudem eine Beeinträchtigung des Immunsystems deutlich: Mehr als die Hälfte der Astronauten fingen sich innerhalb einer Woche nach ihrer Rückkehr Infektionen ein. Bei einigen kam es sogar zu einer Reaktivierung von im Körper ruhenden Viren.

Versuche bei simulierter Mikrogravitation

Was der offensichtlichen Schwächung des Immunsystems zugrunde liegt, wurde bereits zuvor durch Untersuchungen bei Aufenthalten im Weltraum oder in simulierter Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) in erdgebundenen Laboren erforscht. Diesem Thema widmete sich auch ein Forscherteam, das von Millie Hughes-Fulford von der University of California in San Francisco (UCSF) geleitet wurde. Die Anfang dieses Jahres im Alter von 75 Jahren verstorbene Wissenschaftlerin hat 1991 selbst an einem bemannten Weltraumflug teilgenommen. In frühen Untersuchungen hatten Hughes-Fulford und ihr Team bereits Hinweise auf eine durch Weltraumaufenthalte geschwächte Reaktion von T-Lymphozyten gefunden, von denen einige spezifische Krankheitserreger direkt angreifen und andere bei der Orchestrierung der Immunantwort helfen.

Im Rahmen der aktuellen Studie haben die Wissenschaftler nun die Reaktionen verschiedener Vertreter der menschlichen Immunzellen auf schwache Schwerkraft untersucht. Dabei kam ein spezielles Gerät der Mikrogravitationsforschung zum Einsatz, dass durch motorgetriebene Rotation Zellen in einem Kulturgefäß veränderten Schwerkrafteffekten aussetzen kann. Die je nach ihrer Art markierten Immunzellen wurden anschließend einzeln durch molekularbiologische und genetische Methoden untersucht, um Rückschlüsse auf Veränderungen ihrer Aktivität zu ermöglichen. Dabei wurden sie mit Zellen verglichen, die normaler Erdbeschleunigung ausgesetzt waren.

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Ein Doppelschlag zeichnet sich ab

Die Forscher konnten dadurch zunächst bestätigen, dass die Aktivität von T-Lymphozyten bei unnatürlich schwachen Schwerkraftbedingungen zurückgeht. Doch offenbar ist das nur ein Teil des Problems: Die Analyseergebnisse legen nahe, dass die Schwächung des Immunsystems von Astronauten zudem auf eine abnormale Aktivierung der regulatorischen T-Zellen zurückzuführen ist. Diese auch Suppressor-T-Zellen genannten Einheiten sind wichtige Drahtzieher im komplexen Abwehrsystem des Körpers: Sie verhindern durch Signalwirkungen die Entstehung von Autoimmunerkrankungen und „beruhigen“ die Körperpolizei nach Einsätzen. Normalerweise werden die regulatorischen T-Zellen deshalb im Körper aktiv, wenn keine Infektion mehr droht und die Immunantwort somit heruntergefahren werden kann.

Unter den Bedingungen der Mikrogravitation treten diese Zellen allerdings bereits in Aktion, bevor das Immunsystem herausgefordert wurde, geht aus den Ergebnissen hervor. Bei ihren Untersuchungen führten die Wissenschaftler auch eine experimentelle Immunreaktion bei den Zellen in den Behältern herbei. Dabei fanden sie weitere Hinweise darauf, dass die regulatorischen T-Zellen bei unnatürlich schwachen Schwerkraftbedingungen eine normale Immunantwort unterdrücken. „Es zeichnet sich ein Doppelschlag für das Immunsystem ab“, sagt Co-Autor Brice Gaudilliere von der Stanford University. „Es kommt offenbar zu einer Dämpfung der Aktivität der T-Lymphozyten und gleichzeitig zu einer Intensivierung der immunsuppressiven Antwort durch die regulatorischen T-Zellen“, resümiert der Wissenschaftler.

Das Team hofft nun, dass die Ergebnisse zur Entwicklung von Strategien beitragen können, um die gesundheitlichen Belastungen von Raumfahrern zu reduzieren. Durch die Kommerzialisierung und Intensivierung der bemannten Raumfahrt wird dies immer wichtiger, sagen die Forscher: „Früher waren die meisten Astronauten jung und topfit – aber das hat sich geändert: Es wird nun zunehmend ältere und weniger gesunde Personen geben, die einer Mikrogravitation ausgesetzt sind“, sagt Erstautor Jordan Spatz von der UCSF. „Vor diesem Hintergrund hoffen wir, dass es möglich wird, einige der negativen Auswirkungen dieses Zustands bei Weltraumaufenthalten abzuschwächen“, so Spatz.

Quelle: University of California in San Francisco, Fachartikel: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-021-90458-2

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