Obsah:
Pozemští mikrobi jsou odolná parta. Mohou přežít v extrémních prostředích, jako jsou horké prameny na dně oceánu. Někteří dokonce zůstali naživu, přestože byli vystaveni ultrafialovému a ionizujícímu záření, extrémně nízkým teplotám a vakuu ve vesmíru.
To je důvod, proč jsou zastánci planetární ochrany tak znepokojeni naším průzkumem dalších planet ve sluneční soustavě. Například obavy z kontaminace ledového měsíce Europa přiměly v roce 2003 řídící pracovníky mise NASA Galileo k tomu, aby srazili kosmickou loď do Jupiteru, aby se mikrobi náhodně nezasadili na měsíc, který by mohl být obyvatelný.
Zdá se však, že navzdory maximálnímu úsilí čističů kosmických lodí někteří mikrobi přežili konvenční čisticí procesy. To je důvod, proč se objevuje nová metoda, která využívá ionizovaný plyn k zabíjení mikrobů.
Metoda byla představena na Evropském setkání astrobiologie v říjnu 2014 v rámci úsilí vedeného Ralfem Moellerem, vesmírným mikrobiologem v Německém leteckém a kosmickém centru (DLR) a Katharinou Stapelmann, výzkumnicí plazmatu na Ruhr-University Bochum v Německu.
"Plazmová sterilizace je proces nejen kompatibilní s moderními kosmickými loděmi, ale také umožňuje úspěšné odstranění a inaktivaci většiny odolných mikrobiálních druhů izolovaných v montážních zařízeních kosmických lodí," napsal Moeller v e-mailu pro Astrobiology Magazine.
„Je v nejlepším zájmu všech vesmírných národů a výzkumných agentur, jako je NASA a Evropská kosmická agentura (ESA), důkladně charakterizovat mikroorganismy inhibující sestavování kosmických lodí, aby bylo možné posoudit jejich potenciál pro kontaminaci vpřed a vývoj účinnějších technologie redukce, čištění a sterilizace,“dodal Moeller.
Hrozby v čistém prostoru
Když mise NASA opustí Zemi, je navržena tak, aby splňovala mezinárodně uznávané standardy pro planetární ochranu stanovené Výborem pro kosmický výzkum (COSPAR). COSPAR byl vytvořen v roce 1958 Mezinárodní radou pro vědu, nevládní organizací se členy z většiny zemí světa.
Normy se liší v závislosti na designu mise, poznamenal Moeller. Možná je kosmická loď umístěna na trajektorii, která ji nepřiblíží k prostředí planety nebo Měsíce. Jiné normy řeší, jak se montuje v „čisté místnosti“na Zemi a jak se sterilizuje.
U většiny misí na Mars – včetně těch docela nedávných, jako je evropský Mars Express a Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity) NASA – vědci zkoumali mikrobiální rozmanitost organismů, které po těchto krocích zbyly.
"Ve většině případů tvořily sporotvorné bakterie dominantní frakci těch mikroorganismů kultivovaných po ošetření tepelným šokem, " řekl Moeller.
Standardní protokol je vařit mikroby na 176 stupňů Fahrenheita (80 stupňů Celsia) po dobu 15 minut, řekl. Existují však vysoce odolné bakterie, které mohou tuto léčbu přežít. V roce 2013 našli astrobiologové z Německa a Spojených států novou bakteriální variantu s názvem Tersicoccus phoenicis ve dvou čistých místnostech na různých kontinentech.
"Přítomnost Tersicoccus phoenicis a dalších (spory a netvořících spóry) mikrobiálních druhů izolovaných z montážních zařízení kosmických lodí výhradně v prostředí čistých prostor naznačuje selektivní adaptaci a významnou roli těchto mikroorganismů v těchto prostředích, " řekl Moeller.
"Mikroby pobývající v čistých místnostech během procesu montáže kosmické lodi by mohly získat přístup ke kosmické lodi a možná přežít na cestě do mimozemských systémů."
Plazmové čištění
Loni vědci na European Astrobiology Meeting představili novější formu sterilizace. Metoda spočívá v použití plazmy – ionizovaného plynu – při nízkém tlaku na kosmické lodi.
"Metoda je velmi rychlá. Plné inaktivace spor 100 milionů bakteriálních spor bylo dosaženo za pět minut, a to i se sporami Bacillus pumilus SAFR-032, izolátu montážního zařízení kosmických lodí, který naráží na nejvyšší odolnost vůči UV záření a další sterilizaci." metody,“napsal Stapelmann ve stejném e-mailu.
Použití plazmy má i další výhody. Metoda nevyžaduje použití toxických látek nebo látek, které mohou způsobit rakovinu, jako je ethylenoxid; může být použit v malých dávkách; a zdá se, že je účinný proti sporám bakterií, hub a prionů (infekční druh proteinu).
"Zatím se tato metoda zatím nepoužívá pro kosmické lodě ve vývoji. Další metoda založená na plazmatu, ale provozovaná pod atmosférickým tlakem, se plánuje použít na Mezinárodní vesmírné stanici, pokud bude přijat nedávný návrh," řekl Stapelmann.
Stapelmannova a Moellerova metoda může nějakou dobu trvat, než bude přijata, vzhledem k tomu, že již existují zavedené postupy. Současné metody sterilizace povrchů obecně (ne kosmických lodí) zahrnují vysoký tlak, vysokou teplotu a záření prostřednictvím ultrafialového nebo gama záření, zdůraznil Moeller. Tyto metody mají své nevýhody – totiž mohou poškodit podkladový materiál, zanechávat zbytky a vytvářet mikrobiální rezistenci.
Na kosmických lodích jsou zatím pouze dvě akceptované metody: suché teplo (vaření povrchu při 233 stupních Fahrenheita, neboli 111,7 stupňů Celsia, po dobu 30 hodin) nebo použití peroxidu vodíku.
"Obě metody, buď prostřednictvím zvýšených teplot, nebo agresivní chemické reakce, pravděpodobně poškodí pokročilé materiály, jako je elektronika a další zařízení citlivá na teplo," řekl Moeller. "Plazmová sterilizace se objevuje jako alternativa k běžně používaným sterilizačním technikám díky mnoha výhodám. Je nákladově efektivní, rychlá, účinná a bezpečná z hlediska tepelného, chemického nebo radiačního poškození."
Aplikace mimo vesmír
Moeller a Stapelmann jsou součástí rostoucí komunity zabývající se plazmou pro sterilizaci kosmických lodí. Výzkum využití plazmové sterilizace pro účely planetární ochrany zahrnuje článek z ledna 2014 v časopise Planetary and Space Science nazvaný „Cold atmospheric plasma: A new technology for the spaceship komponenty dekontamination“, vedený Satoshi Shimizu z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics v Garchingu., Německo. Ve své studii Shimizu et. al. využívají pouze nepřímé účinky plazmy, jako jsou reaktivní formy kyslíku s dlouhou životností.
Zatímco obě metody jsou založeny na sterilizaci plazmou, řekl Stapelmann, navrhují její použití v přímém kontaktu se spórami. Uváděné výsledky pro Stapelmannovu a Moellerovu metodu jsou osmilogaritmická redukce bakteriálních spor za pět minut, na rozdíl od pěti- až šestilog redukce spor za 90 minut podle Shimizu et. al.
Stapelmann tvrdí, že jejich sterilizační proces - který se opírá o přímější kontakt s kosmickou lodí - je účinnější než u Shimizu, protože zabíjí více spor za kratší dobu ošetření. Zacházení je však vůči elektronice tvrdé, protože elektronika je vystavena přímo elektrickému poli plazmy, takže léčba Shimizu by byla vhodnější než léčba Stapelmannem.
Přesto Stapelmann řekl, že jejich metody by mohly využít zlepšení, protože se uvažuje o použití na kosmických lodích. Obecně je těžké zacházet s kosmickou lodí, protože je malá a má tendenci vyčnívat kov zvláštním způsobem. Nízkotlaké plazmové systémy také vyžadují plazmové komory a vakuové vývěvy k provedení práce, což může projektu přidat určité náklady. Pro použití plazmové sterilizace na ISS se plánuje plazma za atmosférického tlaku, což snižuje náklady a stopu systému.
Kromě průzkumu vesmíru Stapelmann poukazuje na to, že existují i další využití.
"Systém plazmové sterilizace byl původně postaven pro sterilizaci lékařských nástrojů. Naše skupina má mnoho zkušeností s nízkotlakými plazmovými sterilizačními systémy. První komerční plazmový sterilizační systém byl vyvinut a postaven ve spolupráci s naším ústavem."
Přečtěte si více podrobností o komerčním využití v tomto článku z Plasma Processes and Polymers, nazvaného "Plazmová sterilizace farmaceutických produktů: od základů k výrobě." Vedl ji Benjamin Denis z Ruhr-University Bochum.
