L’astronauta della NASA Scott Kelly ha trascorso un anno continuativo nell’ambiente a microgravità presente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, a circa 400 chilometri di altezza sopra la Terra.
Scott Kelly ha un gemello omozigote, praticamente identico a lui, anche lui astronauta, che è rimasto a terra e questo ha permesso agli scienziati di verificare i cambiamenti apportati dalla permanenza nello spazio di Scott, confrontandoli con quelli del suo gemello Mark.
Si è trattato di un’opportunità unica. I fratelli Kelly sono geneticamente identici, il che significa che gli scienziati hanno potuto tracciare i cambiamenti nel corpo di Scott dovuti allo spazio confrontandoli con la fisiologia del fratello rimasto sulla Terra.
Grazie a questo studio comparato è stata presentata la prima analisi multiomica completa e integrata dell’effetto del volo spaziale a lungo termine sul corpo umano.
“Questo team ha condotto uno studio senza precedenti nel suo campo d’azione attraverso i livelli della biologia umana: dall’analisi molecolare delle cellule umane e del microbioma alla fisiologia umana, fino alle capacità cognitive“, ha detto Craig Kundrot della divisione di ricerca e applicazione della vita spaziale e fisica della NASA.
“Il Twins Study ha permesso alla NASA di sviluppare politiche di ricerca adatte per analisi omiche all’avanguardia Questo articolo è il primo rapporto di questo studio altamente integrato iniziato cinque anni fa.”
I risultati dello studio su Scott Kelly
Gli umani hanno vissuto sulla Terra per millenni. Siamo nati sulla Terra, ci siamo evoluti sulla Terra. Ma mettici nello spazio, in un ambiente a microgravità e ricco di radiazioni ionizzanti, e le cose iniziano a cambiare.
Possiamo tenere traccia di alcuni di questi cambiamenti negli individui che la permanenza a lungo termine nello spazio il volo spaziale può provocare.
Ad esempio, sappiamo che provoca cambiamenti anatomici all’occhio, rapida perdita della densità ossea e cambiamenti microstrutturali nel cervello.
Ma con i gemelli, possiamo davvero approfondire lo studio dei cambiamenti a livello molecolare. Ed è quello che hanno fatto 10 team di scienziati in tutto il mondo.
Nel nuovo articolo viene descritta una varietà di cambiamenti avvenuti nel corpo di Scott Kelly rispetto a quelli di Mark.
Sapevamo già dai risultati preliminari che lo stress da privazione di ossigeno, l’aumento dell’infiammazione e il cambiamento drammatico della dieta dovuti alla vita nello spazio avevano causato un cambiamento del 7% nell’espressione genica di Scott, in particolare correlata al sistema immunitario.
I cambiamenti negli occhi di Scott Kelly, appiattimento del bulbo oculare e l’ispessimento nervo retinico, erano coerenti con quanto era stato osservato in altri astronauti, così come la sua perdita di densità ossea.
Uno dei team impegnati nello studio ha scoperto che il volo spaziale provoca uno spostamento nel rapporto dei batteri nel microbioma intestinale, sebbene la diversità dei batteri microbiotici non cambi.
Questa conoscenza potrebbe aiutare a progettare un regime di pre, pro e postbiotici per la missione su Marte per aiutare a mantenere sano il microbioma.
Il vaccino antinfluenzale funziona altrettanto bene nello spazio come fa sulla Terra, quindi questa è una buona notizia. Ci sono stati anche cambiamenti positivi. Sembra che la dieta e il regime di esercizi fisici cui si è sottoposto Scott siano stati un po’ più sani, anche nello spazio, di quelli di Mark sulla Terra, con conseguente riduzione della massa corporea.
È interessante notare che i telomeri nei globuli bianchi di Scott hanno cambiato lunghezza. I telomeri sono una specie di tappi protettivi posti alle estremità dei nostri cromosomi e, tipicamente, si accorciano nel tempo, dopo ogni divisione cellulare, finché non sono così brevi da non poter più dividersi e provocano l’apoptosi, ovvero la morte cellulare.
L’aspetto interessante è che, sebbene alcuni dei telomeri di Scott Kelly si sono accorciati, alcuni sono cresciuti, allungandosi, contrariamente a tutte le aspettative.
Le radiazioni ionizzanti hanno causato alcuni cambiamenti strutturali nei cromosomi di Scott Kelly, e l’ambiente a microgravità ha provocato un ispessimento delle pareti della sua arteria carotide e la perdita di collagene.
Ci sono stati anche alcuni cambiamenti cognitivi. Anche se le abilità cognitive di Scott sono rimaste buone durante la permanenza nello spazio, si è constatato un calo delle stesse nei primi mesi dopo il rientro sulla Terra.
La maggior parte di questi cambiamenti, per fortuna, sono stati temporanei, ma un viaggio di andata e ritorno su Marte, che sarebbe molto più lungo, probabilmente vedrebbe aumentare questi effetti, forse in modo esponenziale. E, anche se ora Scott è sostanzialmente tornato alla normalità, alcuni dei cambiamenti sono tutt’ora persistenti.
“Anche se la lunghezza media dei telomeri, l’espressione genica globale e le variazioni del microbioma sono tornate vicino ai livelli normali dopo sei mesi dal ritorno sulla Terra, sono stati anche osservati un aumento del numero dei telomeri corti e l’espressione di alcuni geni è stata interrotta“, hanno scritto i ricercatori.
“Questi set di dati multiomici, molecolari, fisiologici e comportamentali forniscono una preziosa tabella di marcia dei presunti rischi per la salute per il futuro volo spaziale umano”.
