Ricerche

Una nuova serie di studi offre lo sguardo più completo alla salute del volo spaziale sin dallo studio Twins della NASA.

Fonte: SpaceX, CC BY NC

Finora i viaggiatori dello spazio sono stati solo 600 circa. La stragrande maggioranza degli astronauti degli ultimi 60 anni erano uomini di mezza età in missioni di breve durata, meno di 20 giorni. Oggi, con fornitori di viaggi spaziali privati, commerciali e multinazionali e viaggiatori che entrano nel mercato, stiamo assistendo a una nuova era del volo spaziale umano. Le missioni variano da minuti, a ore, a giorni.

Mentre l'umanità guarda avanti al ritorno sulla luna nel prossimo decennio, le missioni di esplorazione dello spazio saranno molto più lunghe, con molti più viaggiatori e persino turisti spaziali. Ciò significa anche che una più ampia diversità di persone sperimenterà l'ambiente estremo dello spazio: più donne e persone di diverse etnie, età e stato di salute.

Poiché le persone rispondono in modo diverso ai fattori di stress e alle esposizioni uniche dello spazio, i ricercatori nella salute dello spazio, come me, cercano di comprendere meglio gli effetti sulla salute umana del volo spaziale. Con tali informazioni, possiamo capire come aiutare gli astronauti a rimanere sani sia nello spazio che una volta tornati a Terra.

Nell'ambito dello storico studio Twins della NASA , nel 2019, ho pubblicato con i miei colleghi ricerche innovative sull'influenza che ha sul corpo umano un anno a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Sono biologa del cancro da radiazioni alla Colorado State University, dove ho trascorso gli ultimi anni continuando a basarmi su quelle precedenti ricerche in una serie di studi recentemente pubblicati in varie riviste di Nature.

Questi documenti fanno parte del pacchetto Space Omics and Medical Atlas, manoscritti, dati, protocolli e banche dati che rappresentano la più grande collezione mai assemblata per la medicina aerospaziale e la biologia dello spazio. Oltre 100 istituzioni provenienti da 25 paesi hanno contribuito al rilascio coordinato di una vasta gamma di dati sul volo spaziale.

NASA Twins Study: studio sui gemelli

Lo studio sui gemelli della NASA ha rappresentato un'opportunità unica di ricerca. La NASA ha selezionato l'astronauta Scott Kelly per la prima missione, dove ha trascorso un anno a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dal 2015 al 2016. Nello stesso periodo, il suo fratello gemello identico, Mark Kelly, ex astronauta e attuale senatore USA dell'Arizona, è rimasto sulla Terra.

Con la mia squadra, ho esaminato campioni di sangue raccolti da entrambi i gemelli, prima, durante e dopo il volo spaziale. Abbiamo scoperto che i telomeri di Scott (cappucci di protezione alle estremità dei cromosomi, proprio come la punta di plastica che impedisce a un laccio da scarpe di sfilacciarsi) si sono allungati, inaspettatamente, durante il suo anno nello spazio.

Quando Scott è tornato sulla Terra, tuttavia, i suoi telomeri si sono accorciati rapidamente. Nei mesi seguenti, i suoi telomeri hanno recuperato, ma sono rimasti più corti dopo il viaggio di quanto non fossero prima di andare nello spazio. Man mano che invecchi, i tuoi telomeri si accorciano a causa di vari fattori, incluso lo stress. La durata dei telomeri può fungere da indicatore biologico del rischio di sviluppare condizioni legate all'età come demenza, malattie cardiovascolari e cancro.

In uno studio separato, il mio team ha studiato una coorte di 10 astronauti in missioni di 6 mesi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. C'era anche un gruppo di controllo di partecipanti abbinati per età e sesso, rimasti a terra. Abbiamo misurato la lunghezza dei telomeri prima, durante e dopo il volo spaziale e di nuovo abbiamo scoperto che i telomeri erano più lunghi durante il volo spaziale e poi si sono accorciati al ritorno sulla Terra. Nel complesso, gli astronauti avevano molti più telomeri corti dopo il volo spaziale di quanto non avessero prima.

Con Christopher Mason, uno degli altri ricercatori del Twins Study, ho condotto un altro studio sui telomeri, questa volta con gemelli scalatori di alta quota, un ambiente estremo in qualche modo simile sulla Terra. Abbiamo scoperto che mentre salivano al Monte Everest, i telomeri degli scalatori erano più lunghi e dopo la discesa, i loro telomeri si accorciavano. I loro gemelli che erano rimasti a bassa quota non hanno subito gli stessi cambiamenti nella lunghezza dei telomeri.

Questi risultati indicano che non è la microgravità della stazione spaziale che ha portato a variare la lunghezza dei telomeri degli astronauti, ma è probabile che ci siano altri colpevoli, come una maggiore esposizione alle radiazioni.

Civili nello spazio

Nel nostro ultimo studio, abbiamo esaminato i telomeri dall'equipaggio a bordo della missione Inspiration4 di SpaceX. Questa missione ha avuto il primo equipaggio tutto civile, con età che spaziavano su 40 anni. Tutti i telomeri dell'equipaggio si sono allungati durante la missione e tre dei quattro astronauti hanno anche mostrato un loro accorciamento al ritorno a terra.

La cosa particolarmente interessante di questi risultati è che la missione Inspiration4 è durata solo tre giorni. Quindi, non solo gli scienziati ora hanno dati coerenti e riproducibili sulla risposta dei telomeri al volo spaziale, ma sappiamo anche che accade rapidamente. Questi risultati suggeriscono che anche i viaggi brevi, come una vacanza nel fine settimana nello spazio, saranno associati a cambiamenti nella lunghezza dei telomeri.

Gli scienziati non comprendono ancora perfettamente l'impatto sulla salute dei cambiamenti nella lunghezza dei telomeri. Avremo bisogno di ulteriori ricerche per capire come telomeri lunghi e corti possono influenzare la salute a lungo termine di un astronauta.

RNA telomerico

In un altro studio, abbiamo dimostrato che l'equipaggio di Inspiration4, così come Scott Kelly e gli alpinisti ad alta quota, presentavano livelli aumentati di RNA telomerico, chiamato TERRA. I telomeri sono costituiti da molte sequenze ripetitive di DNA. Questi sono trascritti nel TERRA, che contribuisce alla struttura dei telomeri e li aiuta a fare il loro lavoro.

Insieme a studi di laboratorio, questi risultati ci dicono che i telomeri si danneggiano durante il volo spaziale. Sebbene ci sia ancora molto di ignoto, sappiamo che i telomeri sono particolarmente sensibili allo stress ossidativo. Quindi, il danno ossidativo cronico che gli astronauti sperimentano quando sono esposti alle radiazioni spaziali 24 ore su 24 contribuisce probabilmente alle risposte telomeriche che osserviamo.

Abbiamo anche eseguito uno studio di revisione con una prospettiva più futuristica sul modo in cui capire i telomeri e l'invecchiamento potrebbe iniziare a informare la capacità degli umani non solo di sopravvivere a viaggi spaziali di lunga durata, ma anche a prosperare e persino di colonizzare altri pianeti. Ciò richiederebbe agli esseri umani di riprodursi nello spazio e alle generazioni successive di crescere nello spazio. Non sappiamo se ciò sia ancora possibile, non ancora.

Telomeri di piante nello spazio

Con i miei colleghi ho contribuito anche ad altri lavori del pacchetto Space Omics and Medical Atlas, incluso uno studio pubblicato su Nature Communications.

Il team di studio, guidato dalle biologhe Dorothy Shippen della Texas A&M e Sarah Wyatt dell'Università dell'Ohio, ha scoperto che, a differenza delle persone, le piante fatte volare nello spazio non avevano telomeri più lunghi durante il periodo a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Le piante, però, aumentavano la produzione di telomerasi, l'enzima che aiuta a mantenere la lunghezza dei telomeri.

Come chiunque abbia visto il film Sopravvissuto - The Martian, le piante avranno un ruolo essenziale nella sopravvivenza umana a lungo termine nello spazio. Questa scoperta suggerisce che le piante sono forse più adatte naturalmente per resistere agli stress dello spazio rispetto agli umani.