Explicado: como alguns dias no espaço podem mudar a biologia dos astronautas

Hoje, com a entrada no mercado de fornecedores e panfletos de voos espaciais privados, comerciais e multinacionais, estamos testemunhando uma nova era de voos espaciais tripulados. As missões variam de minutos, horas e dias a meses.

Enquanto a humanidade olha para o futuro voltando para a Lua na próxima década, as missões de exploração espacial serão muito mais longas, com muito mais viajantes espaciais e até turistas espaciais. Isto também significa que uma maior diversidade de pessoas experimentará o ambiente extremo do espaço – mais mulheres e pessoas de diferentes etnias, idades e estados de saúde.

Como as pessoas respondem de maneira diferente aos estressores e exposições únicas do espaço, pesquisadores em saúde espacial, como eu, procuram compreender melhor os efeitos dos voos espaciais na saúde humana. Com essas informações, podemos descobrir como ajudar os astronautas a permanecerem saudáveis ​​enquanto estiverem no espaço e quando retornarem à Terra.

Como parte do Estudo histórico dos gêmeos da NASAem 2019, meus colegas e eu publicamos uma pesquisa inovadora sobre como um ano a bordo da Estação Espacial Internacional afeta o corpo humano.

eu sou um biólogo de câncer de radiação no Departamento de Ciências Ambientais e Radiológicas da Universidade Estadual do Colorado. Passei os últimos anos continuando a desenvolver essa pesquisa anterior em uma série de artigos recentemente publicado em todo o portfólio de revistas da Nature.

Esses papéis fazem parte do Pacote de manuscritos Space Omics e Medical Atlasdados, protocolos e repositórios que representam a maior coleção já reunida para medicina aeroespacial e biologia espacial. Mais de 100 instituições de 25 países contribuíram para a divulgação coordenada de uma ampla gama de dados de voos espaciais.

O estudo dos gêmeos da NASA

da NASA Estudo de gêmeos aproveitou uma oportunidade única de pesquisa.

A NASA selecionou o astronauta Scott Kelly para a primeira missão de um ano da agência, durante a qual ele passou um ano a bordo da Estação Espacial Internacional de 2015 a 2016. No mesmo período, seu irmão gêmeo idêntico, Mark Kelly, ex-astronauta e atual O senador dos EUA representando o Arizona permaneceu na Terra.

Minha equipe e eu examinamos amostras de sangue coletados do gêmeo no espaço e de seu gêmeo geneticamente compatível na Terra antes, durante e depois do voo espacial. Descobrimos que os telômeros de Scott – as tampas protetoras nas extremidades dos cromossomos, assim como a ponta de plástico que evita que o cadarço se desfie – alongou-se, de forma bastante inesperada, durante seu ano no espaço.

Quando Scott retornou à Terra, porém, seus telômeros encurtaram rapidamente. Nos meses seguintes, os seus telómeros recuperaram, mas ficaram ainda mais curtos depois da viagem do que eram antes de ele ir para o espaço.

À medida que envelhecemos, os nossos telômeros encurtam devido a uma variedade de fatores, incluindo o estresse. O comprimento dos seus telômeros pode servir como um indicador biológico do seu risco de desenvolver condições relacionadas à idade, como demência, doenças cardiovasculares e câncer.

Em um estudo separadominha equipe estudou um grupo de 10 astronautas em missões de seis meses a bordo da Estação Espacial Internacional. Também tivemos um grupo de controle de participantes da mesma idade e sexo que permaneceram no local.

Medimos o comprimento dos telômeros antes, durante e depois do voo espacial e novamente descobrimos que os telômeros eram mais longos durante o voo espacial e depois encurtados no retorno à Terra. No geral, os astronautas tinham muito mais telômeros curtos após o voo espacial do que antes.

Um dos outros investigadores do Twins Study, Cristóvão Masone eu conduziu outro estudo de telômeros – desta vez com alpinistas gêmeos de alta altitude – um ambiente extremo um tanto semelhante na Terra.

Descobrimos que durante a escalada do Monte Everest, os telômeros dos alpinistas eram mais longos e, depois que desciam, seus telômeros encurtavam. Seus gêmeos que permaneceram em baixa altitude não experimentaram as mesmas mudanças no comprimento dos telômeros. Estes resultados indicam que não foi a microgravidade da estação espacial que levou às mudanças no comprimento dos telómeros que observámos nos astronautas – outros culpados, como o aumento da exposição à radiação, são mais prováveis.

Civis no espaço

Em nosso último estudoestudamos os telômeros da tripulação a bordo da missão 2021 Inspiration4 da SpaceX. Esta missão contou com a primeira tripulação totalmente civil, cuja idade durou quatro décadas. Todos os telômeros dos membros da tripulação se alongaram durante a missão, e três dos quatro astronautas também exibiram encurtamento dos telômeros quando retornaram à Terra.

O que é particularmente interessante nestas descobertas é que a missão Inspiration4 durou apenas três dias. Assim, não só os cientistas têm agora dados consistentes e reprodutíveis sobre a resposta dos telómeros aos voos espaciais, mas também sabemos que isso acontece rapidamente. Estes resultados sugerem que mesmo viagens curtas, como uma escapadela de fim de semana ao espaço, estarão associadas a mudanças no comprimento dos telómeros.

Os cientistas ainda não compreendem totalmente os impactos na saúde de tais mudanças no comprimento dos telômeros. Precisaremos de mais pesquisas para descobrir como os telômeros longos e curtos podem afetar a saúde de um astronauta a longo prazo.

RNA telomérico

Em outro jornalmostrámos que a tripulação do Inspiration4 – bem como Scott Kelly e os alpinistas de alta altitude – exibiam níveis aumentados de ARN telomérico, denominado TERRA.

Os telômeros consistem em muitas sequências repetitivas de DNA. Estes são transcritos para o TERRA, o que contribui para a estrutura dos telômeros e os ajuda a realizar seu trabalho.

Juntamente com estudos de laboratório, estas descobertas dizem-nos que os telómeros estão a ser danificados durante voos espaciais. Embora ainda haja muito que não sabemos, sabemos que os telômeros são especialmente sensíveis a estresse oxidativo. Assim, o dano oxidativo crónico que os astronautas experimentam quando expostos à radiação espacial 24 horas por dia provavelmente contribui para as respostas teloméricas que observamos.

Também escrevemos um artigo de revisão com uma perspectiva mais futurista de como uma melhor compreensão dos telômeros e do envelhecimento pode começar a informar a capacidade dos humanos não apenas de sobreviver a viagens espaciais de longa duração, mas também de prosperar e até colonizar outros planetas. Fazer isso exigiria que os humanos se reproduzissem no espaço e que as gerações futuras crescessem no espaço. Não sabemos se isso é possível – ainda.

Plantar telômeros no espaço

Meus colegas e eu também contribuímos com outros trabalhos para o pacote Space Omics e Medical Atlas, incluindo um artigo publicado na Nature Communications. A equipe de estudo, liderada pelo biólogo da Texas A&M Dorothy Shippen e biólogo da Universidade de Ohio Sarah Wyattdescobriram que, ao contrário das pessoas, as plantas que voavam no espaço não tinham telômeros mais longos durante o tempo a bordo da Estação Espacial Internacional.

As fábricas, no entanto, aumentaram a sua produção de telomerasea enzima que ajuda a manter o comprimento dos telômeros.

Como qualquer um que viu “O marciano”Sabe, as plantas desempenharão um papel essencial na sobrevivência humana a longo prazo no espaço. Esta descoberta sugere que as plantas são talvez mais naturalmente adequadas para resistir aos factores de stress do espaço do que os humanos.

Susan BaileyProfessor de Biologia e Oncologia do Câncer de Radiação, Universidade Estadual do Colorado

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.