La vie quotidienne à bord de la station spatiale internationale va vite. Très vite. Voyageant à environ 17 000 miles par heure, à 300 miles au-dessus de la Terre, les astronautes observent 16 levers et couchers de soleil chaque « jour » tout en flottant dans une boîte avec une poignée de personnes dont ils dépendent pour leur survie.

Il suffit de regarder les superproductions hollywoodiennes comme « The Martian », « Gravity » et « Interstellar » pour avoir des visions futuristes de la vie au-delà de la Terre, alors que nous nous aventurons plus longtemps et plus profondément dans l’espace. Mais qu’en est-il de la réaction du corps humain aux vols spatiaux réels ? Quels sont les effets sur la santé ? Les voyageurs de l’espace vieilliront-ils à un rythme différent de celui des Terriens ? Dans quelle mesure sommes-nous capables de nous adapter à l’environnement spatial ?

Certes, ce sont des préoccupations pour la NASA. La façon dont les voyages spatiaux et les missions de longue durée peuvent modifier le corps humain, et si ces changements sont permanents ou réversibles une fois que les astronautes sont de retour sur Terre, est largement inconnue. L’occasion d’explorer ces questions intrigantes s’est présentée avec les astronautes jumeaux identiques Scott et Mark Kelly.

En novembre 2012, la NASA a sélectionné l’astronaute Scott Kelly pour sa première mission d’un an. Lors d’une conférence de presse peu de temps après, c’est Scott qui a laissé entendre que cette mission pourrait être l’occasion de comparer l’impact de la vie dans l’espace sur son corps avec son frère jumeau identique terrien, Mark Kelly, qui avait également été astronaute et ancien pilote d’essai de la Navy. Fait remarquable, les jumeaux Kelly étaient des individus de « nature (génétique) et d’éducation (environnement) similaires », et c’est ainsi que l’expérience spatiale parfaite a été conçue – avec pour vedettes « le jumeau de l’espace et le jumeau de la Terre ». Scott passerait un an dans l’espace à bord de la Station spatiale internationale, tandis que son frère jumeau identique, Mark, resterait sur Terre.

L’étude TWINS de la NASA représente la vision la plus complète jamais réalisée de la réponse du corps humain aux vols spatiaux. Les résultats guideront les études futures et les approches personnalisées pour évaluer les effets sur la santé des astronautes individuels pour les années à venir.

En tant que biologiste du cancer à l’Université d’État du Colorado, j’étudie l’impact de l’exposition aux rayonnements sur les cellules humaines. Dans le cadre de l’étude TWINS, j’étais particulièrement intéressé à évaluer comment les extrémités des chromosomes, appelées télomères, étaient modifiées par une année dans l’espace.

Séparer les effets de la vie dans l’espace sur la santé

La NASA a lancé un appel et sélectionné 10 enquêtes évaluées par des pairs dans tout le pays pour l’étude TWINS. Les études comprenaient des mesures moléculaires, physiologiques et comportementales, et pour la première fois chez les astronautes, des études basées sur les « omiques ». Certaines équipes ont évalué l’impact de l’espace sur le génome – le complément complet d’ADN dans une cellule (génomique). D’autres équipes ont examiné quels gènes étaient activés et produisaient une molécule appelée ARNm (transcriptomique). Certaines études se sont concentrées sur la manière dont les modifications chimiques – qui n’altèrent pas le code de l’ADN – affectaient la régulation des gènes (épigénomique). Certains chercheurs ont exploré les protéines produites dans les cellules (protéomique), tandis que d’autres ont scruté les produits du métabolisme (métabolomique).

Il y a également eu des études examinant comment l’environnement spatial pourrait modifier le microbiome – l’ensemble des bactéries, virus et champignons qui vivent dans et sur notre corps. Une enquête a examiné la réponse immunitaire au vaccin contre la grippe. D’autres équipes ont recherché dans les échantillons biologiques de Scott des biomarqueurs d’athérosclérose et des déplacements de fluides dans le corps dus à la microgravité, qui peuvent affecter la vision et provoquer des maux de tête. Les performances cognitives ont également été évaluées à l’aide de tests de cognition réalisés par ordinateur et spécialement conçus pour les astronautes.

Plus de 300 échantillons biologiques – selles, urine et sang – ont été prélevés sur les jumeaux à plusieurs reprises avant, pendant et après la mission d’un an.

Les jumeaux Kelly sont sans aucun doute l’une des paires les plus profilées – sur ou hors de notre planète. Ils sont également l’un des plus interviewés. Une question souvent posée est de savoir si Scott reviendra de l’espace plus jeune que Mark – une situation qui rappelle « Interstellar » ou le « paradoxe des jumeaux » d’Einstein. Cependant, comme l’ISS ne voyage pas à la vitesse de la lumière par rapport à nous, la dilatation temporelle – ou le ralentissement du temps dû au mouvement – est très minime. Ainsi, toute différence d’âge entre les frères ne serait que de quelques millisecondes.

Pour autant, la question du vieillissement associé aux vols spatiaux et du risque qui l’accompagne de développer des maladies liées à l’âge comme la démence, les maladies cardiovasculaires et le cancer – pendant ou après une mission – est importante, et nous avons cherché à l’aborder directement avec notre étude de la longueur des télomères.

Les télomères sont les extrémités des chromosomes qui les protègent des dommages et de l' »effilochage » – un peu comme l’extrémité d’un cordon de chaussures. Les télomères sont essentiels pour maintenir la stabilité des chromosomes et du génome. Cependant, les télomères raccourcissent naturellement lorsque nos cellules se divisent, et donc aussi lorsque nous vieillissons. La vitesse à laquelle les télomères raccourcissent au fil du temps est influencée par de nombreux facteurs, notamment le stress oxydatif et l’inflammation, la nutrition, l’activité physique, les stress psychologiques et les expositions environnementales comme la pollution atmosphérique, les rayons UV et les rayonnements ionisants. Ainsi, la longueur des télomères reflète la génétique, les expériences et les expositions d’un individu, et sont donc des indicateurs informatifs de la santé générale et du vieillissement.

Télomères et vieillissement

Notre étude a proposé que les stress uniques et les expositions hors du monde que les astronautes subissent pendant les vols spatiaux – des choses comme l’isolement, la microgravité, les niveaux élevés de dioxyde de carbone et les rayons cosmiques galactiques – accéléreraient le raccourcissement et le vieillissement des télomères. Pour le vérifier, nous avons évalué la longueur des télomères dans les échantillons de sang reçus des deux jumeaux avant, pendant et après la mission d’un an.

Scott et Mark ont commencé l’étude avec des longueurs de télomères relativement similaires, ce qui est cohérent avec une forte composante génétique. Comme prévu également, la longueur des télomères de Mark sur Terre était relativement stable au cours de l’étude. Mais à notre grande surprise, les télomères de Scott étaient nettement plus longs à chaque moment et dans chaque échantillon testé pendant le vol spatial. C’était exactement le contraire de ce que nous attendions.

De plus, au retour de Scott sur Terre, la longueur des télomères a rapidement raccourci, puis s’est stabilisée au cours des mois suivants pour atteindre des moyennes proches de celles d’avant le vol. Cependant, du point de vue du vieillissement et du risque de maladie, il avait beaucoup plus de télomères courts après le vol spatial qu’avant. Notre défi est maintenant de comprendre comment et pourquoi de tels changements spécifiques aux vols spatiaux dans la dynamique de la longueur des télomères se produisent.

Nos résultats seront également pertinents pour les terriens, puisque nous vieillissons tous et développons des conditions liées à l’âge. Ces résultats de l’étude TWINS peuvent fournir de nouveaux indices sur les processus impliqués, et ainsi améliorer notre compréhension de ce que nous pourrions faire pour les éviter ou prolonger la durée de la santé.

Les effets à long terme sur la santé des vols spatiaux de longue durée restent à déterminer, mais l’étude TWINS représente une étape décisive dans le voyage de l’humanité vers la lune, Mars et au-delà… et pour faire de la science-fiction une réalité.