Update 17. November 2022
Die Mondmission Artemis I ist am 16. November 2022 erfolgreich gestartet. Die Trennung zwischen dem Orion-Raumschiff und dem ICPS wurde vollzogen. In den nächsten Stunden und Tagen werden die ersten Cubesats in den Weltraum freigegeben.

Mit der ersten Artemis-Mondmission werden auch zehn kleine Satelliten, sogenannte Cubesats ins Weltall befördert. Sie alle befinden sich in der Innenauskleidung der kryogenen Zwischenstufe ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage), die das Orion-Raumschiff für einen kurzen Zeitraum nach dem Start der Mission antreiben wird. Nachdem sich das ICPS vom Rest des Raumschiffs abgetrennt hat, werden allmählich die Cubesats freigegeben. Darunter auch die Bio-Sentinal-Mission.

Dabei handelt es sich um das einzige biologische Experiment, das während Artemis I zum Mond fliegt. Während der Mission soll ein Biosensor-Instrument getestet werden, der dabei helfen soll, die Auswirkungen von Weltraumstrahlung auf lebende Organismen über lange Zeiträume außerhalb der erdnahen Umlaufbahn – dem LEO (engl. Low Earth Orbit) – nachzuweisen und zumessen. 

Denn außerhalb des schützenden Erdmagnetfeldes werden zukünftige Missionen in den tiefen Weltraum der gefährlichen kosmischen Weltraumstrahlung ausgesetzt sein. Für längere Missionen mit Astronautinnen und Astronauten kann dies eine Erhöhung des Krebsrisikos zur Folge haben. Umso mehr Daten die Forschungsteams zu den Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf lebende Organismen und somit auch auf den menschlichen Körper haben, desto besser können Gegenmaßnahmen ergriffen werden. 

BioSentinel-Flugeinheit mit ausgefahrenem Solarzellenfeld im Engineering Evaluation Laboratory (EEL), einer Hochfrequenz-Testanlage, nach Abschluss eines elektromagnetischen Kompatibilitätstests. Bildrechte: NASA/Dominic Hart

Als Testobjekt wird Backhefe (lat. Saccharomyces cerevisiae) verwendet, denn der lebende Organismus Hefe und der menschliche Körper haben etwas gemeinsam: Die DNA-Schadensreparaturprozesse der Hefe ähneln denen des Menschen sehr. Die Beobachtungen, die das Forschungsteam bei der Hefe machen will, können auf den menschlichen Körper übertragen werden. Zudem gilt Hefe als weltraumtauglich, verfügt über gut charakterisierte genetische Werkzeuge und ist in der Lage, lange Zeit in ausgetrocknetem Zustand zu überleben, bevor sie im Weltraum rehydriert und zum Wachstum aktiviert wird. 

Durch das Eindringen hochenergetischer Teilchen kann es zur Bildung von Doppelstrangbrüchen (DSBs) kommen. Das sind schädliche DNA-Läsionen, die von der Zelle oft fehlerfrei repariert werden. Jedoch ist der menschliche Körper nur selten länger solcher Strahlung, wie sie beispielsweise bei Röntgenaufnahmen freigesetzt wird, ausgesetzt. Anders ist es bei den Strahlungsmengen, die bei einem Reaktor-Unglück freigesetzt werden. Vergleichbar ist dies mit dem Ausbruch von solaren Sonnenwinden, die auf ein ungeschütztes Raumschiff treffen. 

Das Experiment der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa wird mit zwei gentechnisch veränderten Hefestämmen durchgeführt. Die Trockenhefezellen werden auf Mikrofluidikkarten gegeben. Im Orbit werden das Wachstum und die Stoffwechselaktivität der Hefe mit einem dreifarbigen LED-Detektionssystem und einem Stoffwechselindikator-Farbstoff gemessen. Die biologischen Messungen werden mit den physikalischen Strahlungsmessungen an Bord der Raumsonde abgeglichen.

Bei einer Hefeprobe handelt es sich um einen Wildtyp-Stamm, der als Kontrolle für die Gesundheit der Hefe und die normale DNA-Schadensreparatur dient. Dann gibt es noch einen rad51-Deletionsstamm, bei dem die DNA-Schadensreparatur defekt ist. Je mehr Strahlungsschäden dieser Hefestamm ausgesetzt ist, desto mehr verändern sich sein Wachstum und sein Stoffwechsel. 

Die Mikrofluidikkarte von BioSentinel, die bei der NASA Ames entwickelt wurde, wird zur Untersuchung der Auswirkungen der interplanetaren Weltraumstrahlung auf Hefe verwendet. Im Orbit werden das Wachstum und die Stoffwechselaktivität der Hefe mit einem dreifarbigen LED-Detektionssystem und einem Stoffwechselindikator-Farbstoff gemessen. Hier enthalten die rosafarbenen Vertiefungen aktiv wachsende Hefezellen, die den Stoffwechsel-Farbstoff von blau nach rosa gefärbt haben. Bildrechte: NASA/Dominic Hart

Der Cubesat wird nach seiner Freisetzung in eine erdähnliche heliozentrische Umlaufbahn eintreten. Dann beginnt auch die wissenschaftliche Mission von Bio-Sentinel. Die Rehydrierung des ersten Satzes von zwei Mikrofluidik-Karten mit Hefe soll eingeleitet werden. Jede Karte hat 16 Vertiefungen - acht mit dem Wildtyp-Stamm und acht mit dem strahlungsempfindlichen Stamm rad51. Jeder Satz von Mikrofluidikkarten wird laut Nasa voraussichtlich bis zu einer Woche nach der Rehydrierung aktiv sein.

Insgesamt soll die Mission sechs bis zwölf Monate andauern und die enthaltenen Kartensätze sollen an verschiedenen Zeitpunkten der Mission wieder rehydriert werden. Falls es zu einem solaren Teilchenereignis kommen sollte, wir ein Reservekartensatz aktiviert. Die ermittelten Daten werden mittels Telemetrie an die Bodenstation auf der Erde übertragen. 

Außerdem wird es zwei Kontrollgruppen geben, einmal auf der Internationalen Raumstation ISS und einmal auf der Erde. Die Mikrogravitationsbedingungen auf der Raumstation ähneln denen am Mond. Jedoch befindet sich die Raumstation in einer  vergleichsweise strahlungsarmen Umgebung. Noch weniger Strahlung wird das zweite Kontrollexperiment auf der Erde ausgesetzt sein – zudem wird es der Erdgravitation unterliegen. 

Dass Forschungsteam möchte die Daten der Raumsonde mit analogen Messungen auf der Erde und der ISS vergleichen, um daraus Schlüsse für eine zukünftige Mission zu ziehen. Damit wird Bio-Sentinel die erste Mission seit 50 Jahren sein, die eine Studie über die biologische Reaktion auf Weltraumstrahlung außerhalb der erdnahen Umlaufbahn durchführen wird.