Modellierung des Risikos einer luftbasierten Übertragung respiratorischer Viren in Mikrogravitation

Warum Keime im All wichtig sind

Wenn Menschen längere Aufenthalte im All planen — von verlängerten Missionen auf der Internationalen Raumstation bis zu künftigen Reisen zum Mond und Mars — reist mit jeder Besatzung eine stille Bedrohung mit: respiratorische Viren. Auf der Erde sinken Keime in der Luft schließlich zu Boden, und Krankenhäuser können eingreifen, wenn Menschen krank werden. Im Orbit hingegen schweben Partikel deutlich länger, und medizinische Hilfe ist weit entfernt. Diese Studie stellt eine einfache, aber dringliche Frage: Wie leicht könnte sich ein Virus wie der Erreger von COVID-19 in Mikrogravitation durch die Luft ausbreiten, und was lässt sich tun, um Astronauten zu schützen?

Wie schwebende Luft das Infektionsrisiko verändert

Auf der Erde zieht die Schwerkraft ausgeatmete Tröpfchen und Aerosole nach unten, sodass sie entweder auf Oberflächen landen oder die Luft relativ schnell gereinigt wird. In Mikrogravitation fehlt diese Ablagerungskraft weitgehend. Die Forschenden nutzten ein detailliertes Computermodell, das ursprünglich entwickelt wurde, um die Ausbreitung von COVID-19 in Innenräumen auf der Erde zu untersuchen, und passten die physikalischen Parameter an die Bedingungen auf der Internationalen Raumstation an. Sie zeigten, dass Partikel im Bereich von wenigen Mikrometern, die auf der Erde in Minuten oder Stunden aus der Luft fallen würden, in Mikrogravitation Jahre lang in Schwebe bleiben können. In der Folge können sich virusbeladene Partikel in der geschlossenen Luft eines Raummoduls ansammeln, statt sich zu verflüchtigen.

Wie sehr das Risiko im Orbit steigt

Wenn das Team simulierte, dass ein infiziertes Besatzungsmitglied ein Modul mit einer gesunden Person ohne besondere Schutzmaßnahmen teilte, stellten sie fest, dass die Viruskonzentration in der Luft in Mikrogravitation etwa 286-mal höher werden konnte als in einem erdähnlichen Raum. Bei einer Woche Exposition stieg die Wahrscheinlichkeit, dass die gesunde Person sich ansteckte, auf etwa 78 Prozent — fast doppelt so hoch wie unter den gleichen Annahmen auf der Erde. Dieser starke Anstieg des Risikos resultiert hauptsächlich daraus, dass schwebende Partikel sich ansammeln statt abzusinken, wodurch die gemeinsame Luft eines Raumfahrzeugs zu einem effizienteren Überträger von Infektionen wird.

Was Masken und Filter bewirken können

Die Studie testete anschließend gängige Schutzmaßnahmen in virtuellen Szenarien. Trug der Infizierte eine Maske, sank die Anzahl der in die Kabinenluft abgegebenen virusbeladenen Tröpfchen um etwa 85 Prozent. Das senkte die Infektionswahrscheinlichkeit von 78 auf 67 Prozent und auf 60 Prozent, wenn beide Besatzungsmitglieder Masken trugen. Die wirksamste Maßnahme war jedoch kontinuierliche Filtration. Wenn die Luft fünfmal pro Stunde durch ein Hochleistungs-Partikelfiltersystem (HEPA) strömte, schätzte das Modell einen Rückgang der luftgetragenen Viruskonzentration um 99,79 Prozent. Unter diesen Bedingungen fiel das Infektionsrisiko auf etwa 25 Prozent, damit sogar unter das modellierte Risiko auf der Erde ohne besondere Schutzmaßnahmen.

Schwächere Abwehrkräfte in gestressten Körpern

Raumflug bringt nicht nur ungewöhnliche Physik mit sich, sondern auch ungewöhnliche Biologie. Astronauten sind Stressfaktoren wie Enge, gestörtem Schlaf, Strahlung und anderen Belastungen ausgesetzt, die ihr Immunsystem schwächen können. Frühere Missionen haben gezeigt, dass ruhende Herpesviren, die bei gesunden Menschen normalerweise kontrolliert bleiben, im All häufiger reaktivieren und deutlich stärkere Virusausscheidungen verursachen. Um zu untersuchen, was etwas Ähnliches für ein respiratorisches Virus bedeuten könnte, prüften die Forschenden Szenarien, in denen ein infizierter Astronaut vier-, acht- oder sechzehnmal mehr Virus freisetzte als im Basisfall. Im mittleren Achtfach-Szenario stieg das Infektionsrisiko ohne Schutzmaßnahmen auf etwa 87 Prozent. Selbst mit HEPA-Filtration allein blieb die Infektionswahrscheinlichkeit über dem Erdbaselinewert, was zeigt, wie ein gestresstes Immunsystem die Übertragung stillschweigend verstärken kann.

Geschichtete Schutzmaßnahmen für künftige Besatzungen

Das Modell betrachtete auch den Nutzen stärkerer Immunität, etwa durch Impfungen oder andere medizinische Maßnahmen. Eine hypothetische Steigerung der immunologischen Schutzwirkung um 50 Prozent reduzierte das Infektionsrisiko allein um einige Prozentpunkte und um mehr als 14 Prozentpunkte, wenn sie mit HEPA-Filtration kombiniert wurde. In einigen kombinierten Szenarien sank das Gesamtrisiko im All so weit, dass es in etwa dem Erdbaselinewert entsprach oder diesen sogar unterschritt. Obwohl die Arbeit theoretisch ist und auf Annahmen beruht, die aus unterschiedlichen Viren abgeleitet wurden, ergibt sich eine klare Botschaft für künftige Missionen: In Mikrogravitation begünstigen sowohl schwebende Luft als auch gestresste Körper die respiratorische Ausbreitung — Sicherheit wird daher von geschichteten Schutzmaßnahmen abhängen, die gute Luftreinigung, klugen Maskeneinsatz und robuste Immunität verbinden.

Zitation: Sararat, C., Jiravejchakul, N., Nawattanapaiboon, K. et al. Modeling the risk of airborne transmission of respiratory viruses in microgravity. npj Microgravity 12, 44 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00590-4

Schlüsselwörter: Mikrogravitation, luftgebundene Übertragung, Raumstation, HEPA-Filtration, Astronautengesundheit