宇宙ステーションは自己洗浄技術でヒッチハイクする細菌と戦うことができるかもしれない

国際宇宙ステーションには、微小なヒッチハイカーの生態系が生息している。細菌やその他の潜在的に危険な微生物など、これらの微小で潜在的に有害な侵入者が宇宙に人間を追いかけてくるのを防ぐのはほぼ不可能だが、欧州宇宙機関は、侵入者を阻止できる技術、つまり自己洗浄宇宙船の開発に取り組んでいる。

そして人類が長期的な宇宙探査に取り組むにつれて、手つかずの宇宙居住地はますます重要になってきている。特に、生態系がすでに急速に進化しているという証拠があるからだ。「地球からISSに運ばれる微生物は変異している」と、プロジェクトの技術責任者を務めるESAの材料およびプロセスエンジニア、マルゴザタ・ホリンスカ氏は言う。「一般的な抗菌剤に耐性を持つ菌株が進化している」

過去数年間、これらの菌株と戦う緊急性が高まっている。微生物は宇宙の過酷な環境で生き延びるために適応しているため、最終的には宇宙飛行士と太陽系の残りの部分を汚染する可能性がある。ISS で見つかった細菌は、今のところ抗生物質に対する毒性や耐性が強まっているわけではないが、研究者たちは、何兆種もの微生物が宇宙で同じように行動するかどうかはわからない。宇宙に渡った微生物は、宇宙船の内部や機器を破壊することもできる。微生物はバイオフィルムを作ることでこれを実行する。バイオフィルムとは、歯などのさまざまな表面で成長する 1 種類以上の細菌の集合体である。バイオフィルムは、金属だけでなくプラスチックやゴムも侵食する可能性がある。

ホリンスカ氏によると、電気コネクタ、エアコン、宇宙遊泳に使用した宇宙服の部品など、宇宙技術の劣化を報告した宇宙飛行士の事例はすでに数多くあるという。こうした劣化はロシアの宇宙ステーション「ミール」で蔓延した問題で、窓のゴムパッキンの周囲、ケーブルチューブ、宇宙服、通信機器に微生物のコロニーが繁殖しているのが見つかった。現在、科学者たちはこうした経験は退役した宇宙船に限ったことではないとわかっている。2019年には、国際宇宙ステーションの壁に生えたカビが極めて高いレベルの放射線を浴びても簡単に生き延びる可能性があることを研究者らは突き止めた。

しかし、微生物と戦うための潜在的な解決策は、細菌や汚れを簡単に除去する化合物でコーティングされた素材であるセルフクリーニング表面です。ESA は、病院のセルフクリーニングガラスや抗菌表面によく使用される化合物である酸化チタン、またはチタニアと、特定の波長の光にさらされると化学変化を起こすことができる光活性コーティングを使用することを計画しています。

このコーティングは光触媒酸化と呼ばれるプロセスによって機能します。紫外線にさらされると、酸化チタンは空気中の水蒸気を分解し、微生物を酸化して、接触した細菌膜を効果的に溶解します。これにより、追加のメリットが生まれます。この材料は特定の微生物株を駆除する際に選択的ではないため、これらの微生物が細菌耐性を獲得する可能性はほとんどありません。

これまでのところ、研究チームはガラス、シリコンウェハー、アルミホイル、特製のティッシュペーパーなどの表面でコーティングのテストに成功している。しかし、ホリンスカの研究チームは、さらに効果を高めるために、化合物を「ドーピング」する、つまり化合物を変更して通常の光の下で抗菌効果を延長することで、チタニアの効率を高めたいと考えている。

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ESA は、地球上で見つかるチタン酸の一般的な成分で人間にとっては安全だが、宇宙空間に漂うと致命的な重金属である銀を使わずに抗菌コーティングを製造したいと考えているため、このドーピングは特に必要である。

「銀などの重金属がISSの水凝縮液に漏れ出すことがわかっています」とホリンスカ氏は言う。「長期の探査、特に高湿度環境や水道管やコンテナでの使用では、これが問題となります。」銀は摂取すると人体の組織に蓄積する傾向があるため、腎臓や肝臓などの内臓に損傷を与え、血液の形態変化を引き起こす可能性があると彼女は言う。宇宙旅行は宇宙飛行士の免疫系を弱めることがすでに証明されているため、長期にわたる曝露は人間が負うことができないリスクである。

現時点では、ホリンスカ氏のプロジェクトは、宇宙ステーションのさまざまな生物汚染を解決するために検討されている技術の 1 つにすぎません。彼らの研究は、宇宙ステーション内での細菌の増殖を調査するフランスの実験「マティス」とドイツの研究「タッチング サーフェイス」を特に補完するものです。

しかし、その間、私たちが間違いなく知っていることが一つあります。それは、人間がどこへ行っても、細菌はすぐについて来て、宇宙の真っ暗な世界へと私たちが進み始めるとき、常に私たちの伴侶となるということです。