La vita quotidiana a bordo della Stazione Spaziale Internazionale scorre veloce. Molto velocemente. Viaggiando a circa 17.000 miglia all’ora, 300 miglia sopra la Terra, gli astronauti guardano 16 albe e tramonti ogni “giorno” mentre galleggiano in una scatola con una manciata di persone da cui dipendono per la sopravvivenza.

Non c’è bisogno di guardare oltre i blockbuster di Hollywood come “The Martian”, “Gravity” e “Interstellar” per visioni futuristiche della vita oltre la Terra mentre ci avventuriamo sempre più a fondo nello spazio esterno. Ma che dire della risposta del corpo umano al volo spaziale reale – quali sono gli effetti sulla salute? I viaggiatori spaziali invecchieranno a ritmi diversi da quelli di noi sulla Terra? Quanto siamo adattabili all’ambiente spaziale?

Certamente queste sono preoccupazioni per la NASA. Come i viaggi spaziali e le missioni di lunga durata possano cambiare il corpo umano, e se questi cambiamenti siano permanenti o reversibili una volta che gli astronauti tornano sulla Terra, è in gran parte sconosciuto. L’opportunità di esplorare queste intriganti domande si è presentata con gli astronauti gemelli Scott e Mark Kelly.

Nel novembre del 2012, la NASA ha selezionato l’astronauta Scott Kelly per la sua prima missione di un anno. In una conferenza stampa non molto tempo dopo, è stato Scott ad accennare al fatto che questa missione potrebbe fornire la possibilità di confrontare l’impatto della vita nello spazio sul suo corpo con il suo fratello gemello identico terrestre, Mark Kelly, che era stato anche un astronauta ed ex pilota collaudatore della Marina. In particolare, i gemelli Kelly erano individui di “natura (genetica) e cultura (ambiente) simili”, e così fu concepito l’esperimento spaziale perfetto – con “il gemello spaziale e il gemello terrestre” come protagonisti. Scott avrebbe trascorso un anno nello spazio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, mentre suo fratello gemello identico, Mark, sarebbe rimasto sulla Terra.

Lo studio TWINS della NASA rappresenta la visione più completa della risposta del corpo umano al volo spaziale mai condotta. I risultati guideranno gli studi futuri e gli approcci personalizzati per valutare gli effetti sulla salute dei singoli astronauti per gli anni a venire.

Come biologo del cancro alla Colorado State University studio l’impatto dell’esposizione alle radiazioni sulle cellule umane. Come parte dello studio TWINS, ero particolarmente interessato a valutare come le estremità dei cromosomi, chiamate telomeri, fossero alterate da un anno nello spazio.

Separando gli effetti sulla salute della vita nello spazio

NASA ha pubblicato un bando e selezionato 10 indagini peer-reviewed da tutto il paese per lo studio TWINS. Gli studi includevano misure molecolari, fisiologiche e comportamentali e, per la prima volta in astronauti, studi basati sulla “omica”. Alcuni team hanno valutato l’impatto dello spazio sul genoma – l’intero complemento di DNA in una cellula (genomica). Altri team hanno esaminato quali geni erano accesi e producevano una molecola chiamata mRNA (trascrittomica). Alcuni studi si sono concentrati su come le modifiche chimiche – che non alterano il codice del DNA – hanno influenzato la regolazione dei geni (epigenomica). Alcuni ricercatori hanno esplorato le proteine prodotte nelle cellule (proteomica), mentre altri hanno esaminato i prodotti del metabolismo (metabolomica).

Ci sono stati anche studi che hanno esaminato come l’ambiente spaziale potrebbe alterare il microbioma – la collezione di batteri, virus e funghi che vivono nel e sul nostro corpo. Un’indagine ha esaminato la risposta immunitaria al vaccino antinfluenzale. Altre squadre hanno cercato campioni biologici di Scott per biomarcatori di aterosclerosi e spostamenti di fluido verso l’alto nel corpo a causa della microgravità, che può influenzare la visione e causare mal di testa. Le prestazioni cognitive sono state anche valutate utilizzando test di cognizione eseguiti al computer appositamente progettati per gli astronauti.

Più di 300 campioni biologici – feci, urine e sangue – sono stati raccolti dai gemelli in più momenti prima, durante e dopo la missione di un anno.

I gemelli Kelly sono senza dubbio una delle coppie più profilate – dentro e fuori dal nostro pianeta. Sono anche una delle più intervistate. Una domanda spesso posta è se Scott tornerà dallo spazio più giovane di Mark – una situazione che ricorda “Interstellar” o il cosiddetto “Paradosso dei Gemelli” di Einstein. Tuttavia, poiché la ISS non viaggia alla velocità della luce rispetto a noi, la dilatazione del tempo – o il rallentamento del tempo dovuto al movimento – è minima. Quindi qualsiasi differenza di età tra i fratelli sarebbe solo di pochi millisecondi.

Anche così, la questione dell’invecchiamento associato ai voli spaziali e il rischio di sviluppare malattie legate all’età come la demenza, le malattie cardiovascolari e il cancro – durante o dopo una missione – è una questione importante, che abbiamo voluto affrontare direttamente con il nostro studio sulla lunghezza dei telomeri.

I telomeri sono le estremità dei cromosomi che li proteggono dai danni e dallo “sfilacciamento” – un po’ come la fine di una stringa di scarpe. I telomeri sono fondamentali per mantenere la stabilità dei cromosomi e del genoma. Tuttavia, i telomeri si accorciano naturalmente quando le nostre cellule si dividono, e così anche quando invecchiamo. La velocità con cui i telomeri si accorciano nel tempo è influenzata da molti fattori, tra cui lo stress ossidativo e l’infiammazione, l’alimentazione, l’attività fisica, gli stress psicologici e le esposizioni ambientali come l’inquinamento atmosferico, i raggi UV e le radiazioni ionizzanti. Quindi, la lunghezza dei telomeri riflette la genetica, le esperienze e le esposizioni di un individuo, e quindi sono indicatori informativi della salute generale e dell’invecchiamento.

Telomeri e invecchiamento

Il nostro studio ha proposto che gli stress unici e le esposizioni fuori dal mondo che gli astronauti sperimentano durante il volo spaziale – cose come isolamento, microgravità, alti livelli di anidride carbonica e raggi cosmici galattici – accelerino l’accorciamento dei telomeri e l’invecchiamento. Per testare questo, abbiamo valutato la lunghezza dei telomeri nei campioni di sangue ricevuti da entrambi i gemelli prima, durante e dopo la missione di un anno.

Scott e Mark hanno iniziato lo studio con lunghezze dei telomeri relativamente simili, il che è coerente con una forte componente genetica. Inoltre, come previsto, la lunghezza dei telomeri di Mark a terra era relativamente stabile nel corso dello studio. Ma con nostra grande sorpresa, i telomeri di Scott erano significativamente più lunghi in ogni momento e in ogni campione analizzato durante il volo spaziale. Questo era esattamente il contrario di quello che ci aspettavamo.

Inoltre, al ritorno di Scott sulla Terra, la lunghezza dei telomeri si è accorciata rapidamente, per poi stabilizzarsi nei mesi successivi fino a raggiungere le medie precedenti al volo. Tuttavia, dal punto di vista dell’invecchiamento e del rischio di malattie, aveva molti più telomeri corti dopo il volo spaziale rispetto a prima. La nostra sfida ora è capire come e perché si verificano questi spostamenti specifici del volo spaziale nella dinamica della lunghezza dei telomeri.

I nostri risultati avranno rilevanza anche per i terrestri, poiché tutti noi invecchiamo e sviluppiamo condizioni legate all’età. Questi risultati dello studio TWINS possono fornire nuovi indizi sui processi coinvolti, e quindi migliorare la nostra comprensione di ciò che potremmo fare per evitarli o estendere la durata della salute.

Gli effetti a lungo termine sulla salute dei voli spaziali di lunga durata devono ancora essere determinati, ma lo studio TWINS rappresenta un passo fondamentale nel viaggio dell’umanità verso la luna, Marte e oltre… e per rendere la fantascienza un fatto scientifico.