Tommaso Zaccaria onderzocht de overleving van ziekteverwekkers in de ruimte. Dat dient de gezondheid van astronauten – én die van andere planeten.
Hij videobelt vanuit zijn appartement in Keulen. Tommaso Zaccaria (28) komt uit Italië, studeerde in Engeland, doet onderzoek bij het Duitse Centrum voor Lucht- en Ruimtevaart (DLR) – en promoveerde op 19 juni aan het Radboudumc in Nijmegen. Het klinkt misschien omslachtig, maar voor Zaccaria is het allemaal logisch. „Ik wilde altijd al graag in het buitenland studeren”, verklaart hij. „Tijdens mijn bachelor in Engeland hoorde ik goede verhalen over de Nederlandse universiteiten. In Nijmegen vond ik een studie die me heel leuk leek, met als vervolg een promotieonderzoek. Ik ben héél blij met hoe alles is gelopen.”
Vanwaar dan het onderzoek in Duitsland? „DLR is in Europa de meest vooraanstaande plek voor mijn specialisatie: microbiologisch ruimteonderzoek”, zegt Zaccaria. „Hier hebben we toegang tot echte ruimtefaciliteiten, zoals het International Space Station. En labs waarin we allerlei ruimteomstandigheden precies kunnen simuleren.”
Het Duitse centrum werkt al jarenlang nauw samen met microbiologen in Nijmegen, onder wie Zaccaria’s begeleiders Mihai Netea en Marien de Jonge. „Zij hadden al een groot project lopen, waaraan ik kon aanhaken. De ruimtesimulaties doe ik hier in Duitsland, het immunologische werk in Nijmegen. En is het is eigenlijk niet zo ver, hè, die afstand.”
Zaccaria onderzoekt de impact van ruimtereizen op micro-organismen. „Er is al wel veel onderzoek gedaan naar de overleving in de ruimte van aardse organismen die bestand zijn tegen extreme omstandigheden”, vertelt hij. „Bijvoorbeeld microscopisch kleine beerdiertjes, en bacteriën uit de poolstreken of juist uit hete bronnen. Maar over bacteriën waar mensen ziek van worden, is in die ruimtecontext nog weinig bekend.”
Zaccaria onderzocht vier soorten bacteriën die bij mensen longinfecties kunnen veroorzaken, waaronder Klebsiella pneumoniae. Het zijn alle vier soorten die van nature voorkomen in de natuur: de meeste in bodem en water, sommige ook op planten. „En het zijn allemaal bacteriën die onderdeel kunnen uitmaken van ons darmmicrobioom”, benadrukt Zaccaria. „Vanwege die combinatie van eigenschappen hebben we deze vier geselecteerd. Iedereen ging er altijd vanuit dat deze bacteriën niet goed overleven in de ruimte. Maar wat als ze dat wel kunnen?”
Zaccaria trekt het gedachte-experiment door: wat nu als astronauten er oppervlakken in de ruimte mee kunnen besmetten? Wat nu als die organismen daar veranderingen ondergaan – en astronauten ze vervolgens weer mee terug nemen naar de aarde? Kunnen die astronauten er dan ziek van worden – en vormen de bacteriën dan hier op aarde een risico voor de volksgezondheid? Het is zeker niet onmogelijk, merkt Zaccaria op. „Sommige van deze bacteriesoorten zijn levend aangetroffen op oppervlakken in het International Space Station.”
In simulatieruimtes in Keulen onderzocht de promovendus hoe deze bacteriën reageren op Marscondities. „We zorgden voor precies de juiste gasmengsels, grondsoorten, atmosferische druk, microzwaartekracht, uv- en röntgenstraling”, vertelt Zaccaria. „Uit praktische overwegingen deden we de proeven alleen bij kamertemperatuur, en niet bij extreme temperaturen. Maar ook op Mars heb je zones waar het soms een aangename 20 graden is, rond de Mars-evenaar in bepaalde seizoenen, dus dat is wel degelijk een relevante temperatuur.”
Drie van de vier onderzochte ziekteverwekkers bleken deze omstandigheden tot 24 uur lang te overleven. Kort genoeg om geen risico te geven op langdurige evolutie op het Marsoppervlak, merkt Zaccaria op. „Maar lang genoeg om er astronauten mee te besmetten, voordat ze weer in hun ruimtevoertuig stappen. Dus dat kan voor hen een gezondheidsrisico zijn.”
Gedurende dat etmaal onder Marscondities ondergingen de bacteriën duidelijke veranderingen, noteerden Zaccaria en zijn collega’s. „Ze zagen er heel anders uit, onder de microscoop”, aldus Zaccaria. „Ze waren gekrompen, hun celmembranen hadden een andere opbouw gekregen en ook vanbinnen was hun structuur veranderd.” Het gevolg van deze veranderingen, vervolgt de onderzoeker, is dat het menselijk immuunsysteem deze ziekteverwekkers minder goed herkent en ook minder efficiënt onschadelijk maakt.
„We durven niet meteen te zeggen dat de bacteriën daardoor gevaarlijker zijn”, nuanceert Zaccaria, „bijvoorbeeld ziekmakender of besmettelijker. Dat zou je moeten testen met specifieke experimenten, en dat is iets voor vervolgonderzoek. Wij rapporteren alleen wat we in het lab zien bij de bacteriën zelf en bij menselijke immuuncellen die ermee in aanraking komen.”
Het onderwerp is belangrijk, benadrukt Zaccaria, omdat het immuunsysteem van astronauten tijdens langere ruimtereizen sowieso al onder druk staat. „Onder meer door het beperkte dieet, en dna-schade door straling. Maar ook doordat het bloed vanwege de microzwaartekracht in het midden van het lichaam geconcentreerd blijft. Dat laatste beïnvloedt ook de lichaamstemperatuur.” Mensen in de ruimte zijn in feite ‘immuungecompromitteerd’ – vergelijkbaar met patiënten met een auto-immuunziekte, stelt Zaccaria. Daardoor kunnen ze kwetsbaarder zijn voor ziekteverwekkers als Klebsiella. „En al helemaal wanneer die bacteriën ook nog eens veranderd zijn.”
Het onderzoek helpt niet alleen de ruimtereizen vooruit, benadrukt Zaccaria. Het leert ons ook over hoe bacteriën op aarde reageren op veranderende milieus. „En als we beter weten hóé die bacteriën overleven onder moeilijke omstandigheden, kunnen we ze wellicht ook beter bestrijden in ziekenhuizen, of in het openbaar vervoer”, zegt hij. „Dat zijn plekken waarvan we weten dat bacteriën er lang op oppervlakken kunnen overleven.”
En ook juist verder weg zijn er mogelijke toepassingen. „Met deze kennis kunnen we beter voorkomen dat we andere planeten besmetten. En áls toekomstige missies ooit leven ontdekken in het heelal, zijn we beter in het voorkomen van vals-positieve en vals-negatieve bevindingen.” Iets wel vinden wat er niet is, of juist iets niet vinden wat er wel is, bedoelt hij daarmee.
Het ruimteonderzoek is booming, en de menselijke aanwezigheid in de ruimte neemt snel toe, besluit Zaccaria. „Dus dit soort vragen wordt alleen maar relevanter.” Zelf gaat hij de komende jaren door met het onderzoek, als postdoc-onderzoeker. „Ja, ik blijf dit superfascinerend vinden.”
Op de hoogte van kleine ontdekkingen, wilde theorieën, onverwachte inzichten en alles daar tussenin