Viața de zi cu zi la bordul Stației Spațiale Internaționale se desfășoară rapid. Foarte repede. Călătorind cu aproximativ 17.000 de mile pe oră, la 300 de mile deasupra Pământului, astronauții privesc 16 răsărituri și apusuri de soare în fiecare „zi”, în timp ce plutesc într-o cutie cu o mână de oameni de care depind pentru supraviețuire.

Nu trebuie să ne uităm mai departe de superproducțiile de la Hollywood precum „The Martian”, „Gravity” și „Interstellar” pentru viziuni futuriste ale vieții dincolo de Pământ, pe măsură ce ne aventurăm mai mult și mai adânc în spațiul cosmic. Dar cum rămâne cu răspunsul organismului uman la zborurile spațiale din viața reală – care sunt efectele asupra sănătății? Vor îmbătrâni călătorii spațiali într-un ritm diferit față de noi, cei de pe Pământ? Cât de adaptabili suntem la mediul spațial?

Cert este că acestea sunt preocupări pentru NASA. Modul în care călătoriile în spațiu și misiunile de lungă durată ar putea schimba corpul uman și dacă aceste schimbări sunt permanente sau reversibile odată ce astronauții se întorc pe Pământ, este în mare parte necunoscut. Oportunitatea de a explora aceste întrebări intrigante a apărut în cazul astronauților gemeni identici Scott și Mark Kelly.

În noiembrie 2012, NASA l-a selectat pe astronautul Scott Kelly pentru prima sa misiune de un an. La o conferință de presă nu mult timp după aceea, Scott a fost cel care a lăsat să se înțeleagă că această misiune ar putea oferi șansa de a compara impactul vieții în spațiu asupra corpului său cu cel al fratelui său geamăn identic care locuiește pe Pământ, Mark Kelly, care a fost, de asemenea, astronaut și fost pilot de încercare al Marinei. În mod remarcabil, gemenii Kelly erau indivizi cu „natură (genetică) și educație (mediu)” similare și astfel a fost conceput experimentul spațial perfect – având ca protagoniști „geamănul spațial și geamănul pământean”. Scott urma să petreacă un an în spațiu la bordul Stației Spațiale Internaționale, în timp ce fratele său geamăn identic, Mark, urma să rămână pe Pământ.

Studiul TWINS al NASA reprezintă cea mai cuprinzătoare viziune a răspunsului organismului uman la zborul în spațiu realizată vreodată. Rezultatele vor ghida studiile viitoare și abordările personalizate pentru evaluarea efectelor asupra sănătății fiecărui astronaut în parte pentru anii următori.

În calitate de biolog oncolog la Colorado State University, studiez impactul expunerii la radiații asupra celulelor umane. Ca parte a studiului TWINS, am fost deosebit de interesat să evaluez modul în care capetele cromozomilor, numite telomeri, au fost modificate de un an în spațiu.

Despărțind efectele vieții în spațiu asupra sănătății

NASA a lansat un apel și a selectat 10 investigații evaluate de colegi din întreaga țară pentru studiul TWINS. Studiile au inclus măsuri moleculare, fiziologice și comportamentale și, pentru prima dată la astronauți, studii bazate pe „omics”. Unele echipe au evaluat impactul spațiului asupra genomului – întregul complement de ADN dintr-o celulă (genomică). Alte echipe au examinat ce gene au fost activate și care produc o moleculă numită ARNm (transcriptomică). Unele studii s-au axat pe modul în care modificările chimice – care nu modifică codul ADN – au afectat reglarea genelor (epigenomică). Unii cercetători au explorat proteinele produse în celule (proteomică), în timp ce alții au analizat cu atenție produsele metabolismului (metabolomică).

Au existat, de asemenea, studii care au examinat modul în care mediul spațial ar putea modifica microbiomul – colecția de bacterii, viruși și ciuperci care trăiesc în și pe corpul nostru. O investigație a examinat răspunsul imunitar la vaccinul antigripal. Alte echipe au căutat în probele biologice ale lui Scott biomarkeri de ateroscleroză și modificări ascendente ale fluidelor din organism datorate microgravitației, care pot afecta vederea și provoca dureri de cap. Performanța cognitivă a fost, de asemenea, evaluată cu ajutorul unor teste de cogniție rulate pe calculator, concepute special pentru astronauți.

Mai mult de 300 de probe biologice – scaun, urină și sânge – au fost colectate de la gemeni în mai multe momente înainte, în timpul și după misiunea de un an.

Gemenii Kelly sunt, fără îndoială, una dintre cele mai profilate perechi – pe sau în afara planetei noastre. Ei sunt, de asemenea, una dintre cele mai intervievate. O întrebare des pusă este dacă Scott se va întoarce din spațiu mai tânăr decât Mark – o situație care amintește de „Interstellar” sau de așa-numitul „Paradox al gemenilor” al lui Einstein. Cu toate acestea, deoarece ISS nu se deplasează nici pe departe cu viteza luminii în raport cu noi, dilatarea temporală – sau încetinirea timpului din cauza mișcării – este foarte mică. Astfel, orice diferență de vârstă între frați ar fi de doar câteva milisecunde.

Chiar și așa, problema îmbătrânirii asociate zborurilor spațiale și a riscului aferent de a dezvolta boli legate de vârstă, cum ar fi demența, bolile cardiovasculare și cancerul – în timpul sau după o misiune – este una importantă și una pe care ne-am propus să o abordăm în mod direct cu studiul nostru privind lungimea telomerilor.

Telomerii sunt capetele cromozomilor care îi protejează de deteriorare și de „sfărâmare” – la fel ca la capătul unui șiret. Telomerii sunt esențiali pentru menținerea stabilității cromozomilor și a genomului. Cu toate acestea, telomerii se scurtează în mod natural pe măsură ce celulele noastre se divid și, de asemenea, pe măsură ce îmbătrânim. Rata cu care telomerii se scurtează în timp este influențată de mulți factori, inclusiv stresul oxidativ și inflamația, alimentația, activitatea fizică, stresul psihologic și expunerile din mediul înconjurător, cum ar fi poluarea aerului, razele UV și radiațiile ionizante. Astfel, lungimea telomerilor reflectă genetica, experiențele și expunerile unui individ și, prin urmare, sunt indicatori informativi ai sănătății generale și ai îmbătrânirii.

Telomerii și îmbătrânirea

Studiul nostru a propus că stresul unic și expunerile ieșite din comun la care sunt supuși astronauții în timpul zborului spațial – lucruri precum izolarea, microgravitația, nivelurile ridicate de dioxid de carbon și razele cosmice galactice – ar accelera scurtarea telomerilor și îmbătrânirea. Pentru a testa acest lucru, am evaluat lungimea telomerilor în probele de sânge primite de la ambii gemeni înainte, în timpul și după misiunea de un an.

Scott și Mark au început studiul cu lungimi relativ similare ale telomerilor, ceea ce este în concordanță cu o componentă genetică puternică. De asemenea, așa cum era de așteptat, lungimea telomerilor lui Mark de pe Pământ a fost relativ stabilă pe parcursul studiului. Dar, spre surprinderea noastră, telomerii lui Scott au fost semnificativ mai lungi la fiecare moment și în fiecare probă testată în timpul zborului în spațiu. Acest lucru a fost exact opusul a ceea ce ne așteptam.

În plus, la întoarcerea lui Scott pe Pământ, lungimea telomerilor s-a scurtat rapid, apoi s-a stabilizat în următoarele luni până aproape de mediile de dinaintea zborului. Cu toate acestea, din perspectiva îmbătrânirii și a riscului de îmbolnăvire, el a avut mult mai mulți telomeri scurți după zborul în spațiu decât înainte. Provocarea noastră acum este să ne dăm seama cum și de ce au loc astfel de schimbări specifice zborului spațial în dinamica lungimii telomerilor.

Constatările noastre vor avea relevanță și pentru pământeni, deoarece cu toții îmbătrânim și dezvoltăm afecțiuni legate de vârstă. Aceste rezultate ale Studiului TWINS ar putea oferi noi indicii despre procesele implicate și, astfel, să ne îmbunătățească înțelegerea a ceea ce am putea face pentru a le evita sau pentru a prelungi durata de viață.

Efectele pe termen lung asupra sănătății ale zborurilor spațiale de lungă durată nu au fost încă determinate, dar Studiul TWINS reprezintă un pas de referință în călătoria omenirii spre Lună, Marte și dincolo de ele… și pentru a face din science fiction science fact.