Pourquoi construire les engins spatiaux dans des pièces stériles ?

Temps de lec­ture : 8 minutes

Depuis les pre­miers essais de vols spa­tiaux, de nom­breux orga­nismes ont voya­gé dans l’es­pace. Outre les ani­maux et les humains, de mul­tiples micro-orga­nismes ont été envoyés éga­le­ment dans l’es­pace pour répondre à des ques­tions scien­ti­fiques. Ces recherches per­mettent par exemple de déve­lop­per de nou­velles bio­tech­no­lo­gies ou de mieux com­prendre le fonc­tion­ne­ment des micro-organismes.

D’autres micro-orga­nismes se retrouvent de façon invo­lon­taire dans l’es­pace. Ceux-ci sont pré­sents sur les engins spa­tiaux en tant que “pas­sa­gers clan­des­tins”. Ils peuvent s’être fixés sur ces engins durant leur fabri­ca­tion. Pour limi­ter la pré­sence de micro-orga­nismes sur les engins spa­tiaux, ils sont construits dans des usines avec des normes d’hy­giène strictes. Pourquoi prendre de telles mesures ?

Panspermie : dissémination de la vie dans l’espace

Il est néces­saire de limi­ter la pré­sence de micro-orga­nismes envoyés dans l’espace afin de ne pas conta­mi­ner des appa­reils pour la recherche de vie extra-ter­restre. En effet, une bac­té­rie pro­ve­nant de la Terre pour­rait être consi­dé­rée à tort comme une vie extra-ter­restre. Si les micro-orga­nismes sur­vivent au voyage spa­tial et arrivent à se déve­lop­per sur des astres comme des pla­nètes ou des satel­lites, ils pour­raient en modi­fier de façon irré­ver­sible l’état.

L’espace est sou­vent mon­tré comme un milieu hos­tile dans la culture popu­laire. Néanmoins, de nom­breux micro-orga­nismes sont capables d’y sur­vivre. Par exemple, les spores de la bac­té­rie Thermoanaerobacter side­ro­phi­lus pla­cées dans un bloc de roche à la sur­face d’un satel­lite russe ont sur­vé­cu à leur ren­trée dans l’at­mo­sphère ter­restre [1]. Le but de cette expé­rience était d’é­tu­dier la sur­vie de ces spores dans un asté­roïde (ici simu­lé via le satel­lite). Un autre exemple cor­res­pond à une expé­rience scien­ti­fique qui indique que les bac­té­ries Deinococcus spp. ont sur­vé­cu pen­dant trois ans dans le vide spa­tiale à la sur­face de l’ISS (sta­tion spa­tial inter­na­tio­nale) [2].

Le fait que des micro-orga­nismes arrivent à sur­vivre dans l’es­pace et lors de la ren­trée dans l’at­mo­sphère, laisse pen­ser qu’ils pour­raient colo­ni­ser d’autres pla­nètes et en modi­fier les carac­té­ris­tiques. Un terme a été inven­té pour dési­gner une telle colo­ni­sa­tion d’une pla­nète à une autre : la pan­sper­mie [3 ; 4]. L’apparition de la vie sur la Terre pour­rait être expli­quée en par­tie par ce phé­no­mène. En effet, de nom­breuses molé­cules orga­niques, consti­tuants de la vie, ont été retrou­vées dans des asté­roïdes. Le bom­bar­de­ment de la Terre par des asté­roïdes durant sa for­ma­tion aurait pu appor­ter ces molé­cules faci­li­tant ain­si l’ap­pa­ri­tion de la vie [5].

Pour limi­ter ces conta­mi­na­tions, des mesures ont été prises par le trai­té sur l’es­pace des Nations-Unies en 1967 [6]. Ces mesures cor­res­pondent à ins­tau­rer des normes d’hy­giène pour l’as­sem­blage des engins spa­tiaux et à leur sté­ri­li­sa­tion si besoin. Une fois en vol, la tra­jec­toire de ces engins spa­tiaux peut être ajus­tée pour évi­ter de per­cu­ter une pla­nète et y intro­duire des micro-organismes.

Dans quelles conditions sont assemblés les engins spatiaux ?

Pour évi­ter de telles conta­mi­na­tions, les engins spa­tiaux sont assem­blés dans une pièce, avec un envi­ron­ne­ment contrô­lé, appe­lée salle propre (par­fois appe­lée salle blanche). Ces salles propres existent éga­le­ment dans l’in­dus­trie phar­ma­ceu­tiques, en milieu hos­pi­ta­lier, en agro-ali­men­taire et dans d’autres domaines néces­si­tant une hygiène stricte.

De nom­breux micro-orga­nismes sont pré­sents dans l’air, par exemple fixés sur des aéro­sols (petites par­ti­cules sus­pen­dues dans l’air). Ces aéro­sols peuvent être des micro-orga­nismes ou des par­ti­cules comme de la pous­sière [7]. Pour limi­ter leur entrée, des filtres sont uti­li­sés pour rete­nir les aéro­sols conte­nus dans l’air.

Des filtres HEPA (acro­nyme de high-effi­cien­cy par­ti­cu­late air ; filtre à par­ti­cules aériennes à haute effi­ca­ci­té) sont uti­li­sés pour les salles propres. Ces filtres retiennent 99,975 % des par­ti­cules d’une taille supé­rieure à 0,3 µm.

Pour évi­ter l’en­trée de micro-orga­nismes lors d’un cou­rant d’air, la pres­sion est main­te­nue posi­tive à l’in­té­rieur de la pièce. C’est-à-dire que lorsque la porte de la pièce s’ouvre, la pres­sion de l’air va faire sor­tir de l’air et évi­ter l’en­trée d’air et ain­si de poten­tielles contaminations. 

L’humidité de l’air dans les salle propres est aus­si ajus­tée en fonc­tion des besoins. Modifier l’hu­mi­di­té de l’air per­met de réduire la crois­sance des micro-orga­nismes. Dans ses usines d’as­sem­blage d’en­gins spa­tiaux, la NASA ins­taure une humi­di­té rela­tive com­prise entre 30 et 50 % [8 ; 9]. Il s’a­git d’un inter­valle connu pour limi­ter la crois­sance et éga­le­ment pour tuer cer­tains micro-orga­nismes [10]. Néanmoins, limi­ter la crois­sance micro­bienne n’est pas la seule rai­son de modi­fier l’hu­mi­di­té. L’air ne doit pas être trop sec ou trop humide pour le confort des employés tra­vaillant dans ces pièces. L’humidité doit éga­le­ment être régu­lée pour des inté­rêts indus­triels tels qu’é­vi­ter la dégra­da­tion ou la cor­ro­sion de pro­duits ain­si que pour limi­ter les charges élec­tro­sta­tiques qui peuvent endom­ma­ger les cir­cuits élec­tro­niques.

La majo­ri­té des micro-orga­nismes pré­fèrent des condi­tions très humides. Les micro-orga­nismes ne peuvent pas se déve­lop­per à des taux d’hu­mi­di­té très faibles. Par contre ils peuvent quand même y sur­vivre en atten­dant un de retrou­ver des condi­tions favo­rables à leur crois­sance. Les don­nées de ce gra­phiques sont 

La tem­pé­ra­ture est éga­le­ment ajus­tée pour limi­ter la crois­sance bac­té­rienne. Dans ses usines d’as­sem­blage d’en­gins spa­tiaux, la NASA ins­taure une tem­pé­ra­ture de 20 °C avec une marge de 4 °C [8 ; 9]. De nou­veau en plus de limi­ter la crois­sance des micro-orga­nismes, la tem­pé­ra­ture doit être adap­tée pour le confort des employés et la mani­pu­la­tion de cer­tains com­po­sants ou ingrédients.

Les micro-orga­nismes d’o­ri­gine humaine sont une source impor­tante de conta­mi­na­tion. Les employés portent des com­bi­nai­sons, des masques et des gants à l’in­té­rieur de ces pièces pour évi­ter de dépo­ser des micro-orga­nismes. Les effets per­son­nels comme les clés ou des bijoux sont lais­sées dans des casiers en dehors de la salle propre. En plus de por­ter ce maté­riel, ils ne doivent pas uti­li­ser de maquillage ou de cos­mé­tique. Les salles propres font inter­ve­nir du per­son­nel qua­li­fié et peu nom­breux. Ils ne doivent pas cou­rir et ne pas tou­cher d’ob­jets non reliés à leur travail.

Des net­toyages fré­quents sont éga­le­ment réa­li­sés dans ces salles : res­pec­ti­ve­ment une et deux fois par jour pour le sol et les sur­faces, dans les usines de la NASA [8 ; 9]. Dans le cadre des engins spa­tiaux, les sur­faces de tra­vail et les maté­riaux sont net­toyés avec de l’é­tha­nol et de l’i­so­pro­pa­nol tan­dis que des déter­gents indus­triels sont uti­li­sés pour les sols.

Stériliser des engins spatiaux

En plus de ces mesures visant à limi­ter l’in­tro­duc­tion de micro-orga­nismes, les engins spa­tiaux peuvent aus­si être sté­ri­li­ser, en fin d’as­sem­blage, lors­qu’ils inter­viennent dans des mis­sions déli­cates [4]. Parmi les méthodes uti­li­sées dans l’aé­ro­spa­tial, on uti­lise selon les maté­riaux à trai­ter la cha­leur sèche, la vapeur de per­oxyde d’hy­dro­gène (H2O2) ou les rayon­ne­ments ioni­sants (rayons gam­ma ou fais­ceau d’électrons).

Détection de micro-organismes dans les salles propres.

De nom­breuses ana­lyses sont effec­tuées pour vali­der l’hy­giène dans les salles propres. Malgré les mesures prises, des micro-orga­nismes sont retrou­vés lors d’a­na­lyses de ces pièces [8 ; 9]. Les micro-orga­nismes adap­tés à ces condi­tions très défa­vo­rables sont iro­ni­que­ment les plus à même de sur­vivre lors d’un voyage dans l’es­pace [8]. Une série de pré­lè­ve­ments dans la zone d’as­sem­blage de la NASA (Jet Propulsion Laboratory) a per­mis la décou­verte d’une nou­velle bac­té­rie résis­tante aux anti­bio­tiques.

Kineococcus rubinsiae B12T une nouvelle bactérie

Lors de pré­lè­ve­ments qui avaient pour but d’i­so­ler des mycètes, une bac­té­rie résis­tante à un anti­bio­tique (chlo­ram­phé­ni­col) a été décou­verte. Des ana­lyses ont per­mis d’i­den­ti­fier cette nou­velle bac­té­rie qui a été nom­mée Kineo­coc­cus rubin­siae B12T en hom­mage à l’as­tro­naute Kate Rubins qui est une micro­bio­lo­giste et éga­le­ment la pre­mière per­sonne à avoir séquen­cé de l’ADN dans l’espace.

Cette bac­té­rie pos­sède une mor­pho­lo­gie sphé­rique (en forme de coque). Elle est trou­vée prin­ci­pa­le­ment sous forme de cel­lule indi­vi­duelle mais des grou­pe­ments (par deux ou en tétrade) sont éga­le­ment trou­vés. Kineo­coc­cus rubin­siae B12T pro­duit un pig­ment qui la colore en orange. Elle est capable de se déve­lop­per dans un envi­ron­ne­ment pauvre en nutri­ments : on parle de milieu oligotrophe.

Comment survivre dans une salle propre ?

L’analyse de la séquence d’ADN de cette bac­té­rie four­nit des infor­ma­tions per­met­tant d’ex­pli­quer sa sur­vie dans cet envi­ron­ne­ment défa­vo­rable. Des gènes impli­qués dans la résis­tance au stress osmo­tique per­met­trait d’ex­pli­quer l’a­dap­ta­tion à la faible humi­di­té. Elle pos­sède aus­si des gènes qui seraient impli­qués dans la dégra­da­tion des net­toyants et de pro­duits indus­triels comme le DDT, le chlo­ro­cy­clo­héxane, le chlo­ro­ben­zène, le ben­zoate, le bis­phé­nol, le fluo­ro­ben­zoate ou le furfural.

Des gènes impli­qués dans la syn­thèse d’anti­bio­tiques ont été aus­si décou­verts dans le génome de cette bac­té­rie : tétra­cyl­cine, puro­my­cine, péni­cil­line, cépha­lo­spo­rine et novo­bio­cine. Produire des anti­bio­tiques per­met­trait à cette bac­té­rie d’é­li­mi­ner la concur­rence et ain­si de pro­fi­ter des nutri­ments (pré­sents en faible quan­ti­té dans cet éco­sys­tème).

L’analyse du génome de Kineo­coc­cus rubin­siae B12T pré­dit que cette bac­té­rie pour­rait pro­duire cinq anti­bio­tiques dif­fé­rents et éga­le­ment résis­ter au chlo­ram­phé­ni­col, un autre anti­bio­tique.

Perspectives de l’étude

La décou­verte de cette nou­velle bac­té­rie pour­ra per­mettre d’a­dap­ter les méthodes de dés­in­fec­tion dans ce type indus­trie et ain­si limi­ter le risque de pan­sper­mie. Kineo­coc­cus rubin­siae B12T est éga­le­ment un choix inté­res­sant pour la pro­duc­tion d’anti­bio­tiques par des industries.

Référence de l’étude

Mhatre, S., Singh, N. K., Wood, J. M., Parker, C. W., Pukall, R., Verbarg, S. ‚Tindall, B. J., Neumann-Schaal, M., & Venkateswaran, K. (2020) Description of chlo­ram­phe­ni­col resis­tant Kineococcus rubin­siae sp. nov. iso­la­ted from a spa­ce­craft assem­bly faci­li­ty. Front. Microbiol. 11:1957.doi : 10.3389/fmicb.2020.01957 (lien)


Bibliographie com­plé­men­taire

[1] Slobodkin A, Gavrilov S, Ionov V, & Iliyin V (2015) Spore-for­ming ther­mo­phi­lic bac­te­rium within arti­fi­cial meteo­rite sur­vives entry into the Earth’s atmos­phere on FOTON-M4 satel­lite lan­ding module. PLoS ONE 10(7): e0132611. doi:10.1371/journal.pone.0132611 (lien)

[2] Kawaguchi, Y., Shibuya, M., Kinoshita, I., Yatabe, J., Narumi, I., Shibata, H., Hayashi, R., Fujiwara, D., Murano, Y., Hashimoto, H., Imai, E., Kodaira, S., Uchihori, Y., Nakagawa, K., Mita, H., Yokobori, S., & Yamagishi, A. (2020) DNA damage and sur­vi­val time course of Deinococcal cell pel­lets during 3 years of expo­sure to outer space. Front. Microbiol. 11:2050.doi : 10.3389/fmicb.2020.02050 (lien)

[3] Moissl-Eichinger, C., Cockell, C., & Rettberg, P. (2016). Venturing into new realms ? Microorganisms in space. FEMS Microbiology Reviews, 40(5), 722737. doi:10.1093/femsre/fuw015 (lien)

[4] Frick, A., Mogul, R., Stabekis, P., Conley, C. A., & Ehrenfreund, P. (2014). Overview of cur­rent capa­bi­li­ties and research and tech­no­lo­gy deve­lop­ments for pla­ne­ta­ry pro­tec­tion. Advances in Space Research, 54(2), 221240. doi:10.1016/j.asr.2014.02.016 (lien)

[5] Osinski, G. R., Cockell, C. S., Pontefract, A., & Sapers, H. M. (2020). The role of meteo­rite impacts in the ori­gin of life. Astrobiology, 20(9), 11211149. https://​doi​.org/​10​.​1089​/​a​s​t​.​2019​.​2203 (lien)

[6] Traité sur les prin­cipes régis­sant l’activité des États en matière d’exploration et d’utilisation de l’espace extra-atmo­sphé­rique, , y com­pris la Lune et les autres corps célestes ; signé le 27 jan­vier 1967 dans le cadre des Nations Unis par les États-Unis, l’URSS et le Royaume-Uni 1967 (lien)

[7] Malli Mohan, G. B., Stricker, M. C., & Venkateswaran, K. (2019). Microscopic cha­rac­te­ri­za­tion of bio­lo­gi­cal and inert par­ticles asso­cia­ted with spa­ce­craft assem­bly clean­room. Scientific Reports, 9(1). doi:10.1038/s41598-019507820 (lien)

[8] La Duc, M. T., Vaishampayan, P., Nilsson, H. R., Torok, T., & Venkateswaran, K. (2012). Pyrosequencing-deri­ved bac­te­rial, archaeal, and fun­gal diver­si­ty of spa­ce­craft hard­ware des­ti­ned for Mars. Applied and Environmental Microbiology, 78(16), 59125922. doi:10.1128/aem.0143512 (lien)

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[10] Zoz, F., Iaconelli, C., Lang, E., Iddir, H., Guyot, S., Grandvalet, C., Gervais, P., & Beney, L. (2016). Control of rela­tive air humi­di­ty as a poten­tial means to improve hygiene on sur­faces : A pre­li­mi­na­ry approach with Listeria mono­cy­to­genes. PLOS ONE, 11(2), e0148418. (lien)

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