La NASA tiene grandes planes para el futuro de los vuelos espaciales humanos. Las propuestas de la agencia espacial para enviar misiones tripuladas a largo plazo a la luna y, eventualmente, aterrizar astronautas en Marte requerirán avances significativos en el cohete y el hardware de los vuelos espaciales. Pero junto con la nueva tecnología, los científicos están lidiando con otra pregunta crucial: ¿puede el cuerpo humano sostenerse durante tanto tiempo en el espacio? Una misión exploratoria de Marte podría tomar dos o tres años, mientras que la mayoría de las expediciones espaciales hasta ahora han durado seis meses o menos. Las misiones extendidas más allá de la órbita de la Tierra podrían provocar efectos biológicos profundos y potencialmente peligrosos en los cuerpos de los astronautas.
Para estudiar la influencia de la microgravedad, la radiación y el confinamiento en los vuelos espaciales de larga duración, la NASA seleccionó a los gemelos Scott y Mark Kelly para una misión única. Los dos gemelos idénticos han servido como pilotos de prueba y astronautas de la NASA, y Scott fue elegido para una misión de un año en la Estación Espacial Internacional (EEI), dejando a su hermano, una copia genética de sí mismo, en la Tierra. Los investigadores utilizaron el Mark terrestre como una especie de control sujeto para comparar cualquier cambio en Scott durante su año en el espacio, que duró del 27 de marzo de 2015 al 1 de marzo de 2016.
Diez equipos de científicos estudiaron diferentes aspectos de la salud y la biología de los gemelos, desde la expresión génica hasta las bacterias intestinales y la cognición. Hoy, los equipos publicaron parte de su investigación compilada en un estudio interdisciplinario, que se publicará el 12 de abril en la revista Science.
Ilustración gráfica de la ruta que toma la investigación individual del Estudio de Gemelos desde la investigación hasta la integración, pasando de un resumen a varios documentos complementarios. (NASA) Con más de 80 autores, el estudio reúne y analiza una amplia gama de datos, recopilados de ambos gemelos a lo largo de la misión de un año más los meses inmediatamente anteriores y posteriores. Los resultados son expansivos, pero muestran principalmente que, con algunas excepciones notables, el cuerpo de Scott se recuperó rápidamente después de 340 días en condiciones de espacio estresante. La investigación crea "un retrato integrado de adaptaciones moleculares, fisiológicas y de comportamiento y desafíos para el cuerpo humano durante un vuelo espacial prolongado", escriben los autores.
Una cuestión de envejecimiento
Uno de los diez equipos, dirigido por Susan Bailey, profesora de radiación y biología del cáncer en la Universidad Estatal de Colorado, se centró en los telómeros, las "tapas" que protegen los extremos de las cadenas de ADN. En la Tierra, estos telómeros se agotan en el transcurso de la vida de una persona a medida que cada ronda de replicación del ADN se desgasta.
Cuando el equipo de Bailey analizó los telómeros en los glóbulos blancos de Scott, descubrieron que la longitud promedio de los telómeros en estas células en realidad aumentó durante la misión. "Fue exactamente lo contrario de lo que habíamos imaginado", dice Bailey. "Propusimos eso, de hecho, debido a todas las tensiones y exposiciones realmente únicas a cosas como la microgravedad, la radiación espacial y el aislamiento ... [realmente] parecía que acelerarían la pérdida de telómeros en el espacio".
Scott Kelly a bordo de la Estación Espacial Internacional durante su año en el espacio. (NASA) Una vez que Scott aterrizó en la Tierra, el equipo de Bailey observó que su longitud promedio de telómero disminuyó para igualar aproximadamente los niveles previos al vuelo. Sin embargo, en los meses posteriores al vuelo, se perdió o acortó críticamente un mayor número de telómeros. Esto podría ser un hallazgo preocupante, ya que el acortamiento y la pérdida de los telómeros se asocian con el envejecimiento y la susceptibilidad a enfermedades relacionadas con la edad, incluidos los problemas cardiovasculares y el cáncer.
Los investigadores aún no están seguros de cómo o por qué ocurrieron estos cambios en los telómeros. El equipo esperaba analizar la actividad de la telomerasa, una enzima que extiende los telómeros pero se apaga en la mayoría de las células adultas del cuerpo, para ver si de alguna manera se activó mientras Scott estaba en vuelo. Sin embargo, el material que necesitaban estaba "perdido en el espacio", dice Bailey. Las muestras de sangre fueron enviadas de regreso a la Tierra en una nave espacial Soyuz, pero la actividad de la telomerasa estaba muerta al llegar, posiblemente como resultado de los cambios de temperatura durante el reingreso a través de la atmósfera terrestre.
Aprender más sobre el mecanismo detrás de estos cambios durante y después del vuelo espacial será importante para avanzar, dice Bailey, no solo por el bien de los astronautas, sino también porque una comprensión más exhaustiva del envejecimiento sería valiosa para la salud de los "terrícolas".
Expresión génica en el espacio
Los investigadores también estudiaron el genoma de Scott para ver si la expresión génica cambiaba durante el vuelo, como suele suceder en situaciones estresantes. Un equipo dirigido por Chris Mason, genetista de Weill Cornell Medicine, estudió las modificaciones de ADN y ARN que señalarían la adaptación epigenética. Observaron algunos cambios en la forma en que se expresaban los genes, y estas variaciones se aceleraron en los últimos seis meses de la misión. Más de seis veces más diferencias en las expresiones genéticas surgieron en la segunda mitad en comparación con el comienzo del vuelo.
Los hallazgos fueron algo sorprendentes, dice Mason, porque esperaba que estas diferencias se desaceleren o se detengan después de un período inicial de adaptación al nuevo entorno. Las transformaciones genéticas sostenidas y crecientes muestran que el cuerpo continúa cambiando durante largos períodos de tiempo en el espacio.
Andrew Feinberg, profesor e investigador médico de la Universidad Johns Hopkins, y su equipo se centraron en los grupos metilo, marcadores químicos que generalmente indican cambios en la expresión génica, y descubrieron que la cantidad de cambio epigenético fue similar para los dos hermanos. A pesar de algunas diferencias menores, el genoma de Scott se comportó de una manera que "no era preocupante", dice Feinberg.
Después del final de la misión, el 90 por ciento de las expresiones genéticas modificadas regresaron a su línea base previa al vuelo, una buena señal de que el cuerpo puede recuperarse después de una larga misión, dice Mason. El otro 10 por ciento, que comprendía más de 800 genes, incluidos los relacionados con la respuesta inmune y la reparación del ADN, todavía se expresaban de manera diferente seis meses después del regreso de Scott. "Parece, hasta cierto punto, que suficientes células en el cuerpo tienen un recuerdo de lo que sucedió que todavía hay alguna adaptación y recalibración en curso para estar de vuelta en la Tierra", dice Mason.
Influencia del vuelo espacial en la mente
En un resultado potencialmente preocupante, un equipo que estudió cognición descubrió que el rendimiento de Scott en una serie de pruebas cognitivas disminuyó en el período posterior al vuelo. Mathias Basner, profesor de psiquiatría de la Universidad de Pensilvania, y su equipo diseñaron una batería de pruebas cognitivas especializadas para la NASA, una serie de 10 tareas computarizadas para medir diferentes aspectos del pensamiento de los astronautas, incluido el reconocimiento emocional, la toma de riesgos y la atención.
A pesar de que las medidas de Scott en vuelo fueron estables, su "eficiencia cognitiva", o su velocidad y precisión para completar la batería de prueba, disminuyeron una vez que regresó a la Tierra. La disminución se prolongó durante los seis meses posteriores a su regreso.
Si bien Scott no mostró ningún efecto cognitivo alarmante en el transcurso del vuelo espacial de un año, parecía tener muchos más problemas con las pruebas después de regresar al entorno de la Tierra en comparación con su período de reajuste después de su misión anterior de seis meses desde octubre de 2010 a Marzo de 2011. Los resultados cognitivos podrían ser una "bandera roja" al planificar algo así como una misión a Marte, dice Basner, durante el cual los astronautas tendrían que realizar tareas complejas después del aterrizaje.
El astronauta de la NASA Scott Kelly (izquierda), el ingeniero de vuelo Expedition 43/44 y el comandante Expedition 45/46; y el cosmonauta ruso Mikhail Kornienko, ingeniero de vuelo de la Expedición 43-46, ambos pasaron 340 días acumulativos en el espacio. (NASA / Bill Stafford) "El espacio es un entorno muy hostil", dice Basner. "Siempre queremos que los astronautas rindan al máximo en el sentido de que, ya sabes, pequeños errores pueden traducirse en errores catastróficos, en el peor de los casos, en el fracaso de la misión y la pérdida de equipos y de vidas de astronautas".
Aunque probablemente se necesitaría un alto nivel de discapacidad para afectar las operaciones dirigidas por astronautas entrenados, estos cambios cognitivos deberían ser monitoreados en futuras misiones, dice Basner, especialmente porque los humanos tienen una pobre capacidad para evaluar su propio estado cognitivo, y tienden a aceptar su actual condiciones como la "nueva normalidad", incluso si en realidad son peores que antes.
El cuerpo del explorador espacial
En todo el resto del cuerpo de Scott, los investigadores observaron otros cambios relacionados con los vuelos espaciales. En un estudio del microbioma, la comunidad de bacterias que viven en el intestino humano, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Northwestern descubrió que las proporciones de diferentes tipos de bacterias cambiaron durante el año de Scott en el espacio. Sin embargo, la diversidad general de las bacterias no disminuyó, lo cual es una buena señal de que el microbioma se mantuvo saludable.
Un equipo dirigido por Brinda Rana, investigadora de ciencias de la salud en la Universidad de California en San Diego, descubrió que varias proteínas también cambiaron durante el vuelo espacial. Las muestras de orina de la época de Scott a bordo de la EEI contenían altos niveles de colágeno, una proteína estructural. Observar esta medida junto con los cambios fisiológicos, como los observados en los globos oculares y el sistema vascular de Scott, podría ser una señal de que el cuerpo se estaba reestructurando, dice Rana. Los investigadores también observaron niveles elevados de aquaporina 2, una proteína que tiende a ser un marcador de deshidratación.
Sin embargo, la gran mayoría de los cambios observados por el equipo de Rana y otros desaparecieron una vez que Scott aterrizó en la Tierra. "Simplemente muestra cuán resistente es el cuerpo y cuán adaptativo es el cuerpo humano a diferentes entornos", dice Rana. "Un año en el espacio, el cuerpo puede manejar eso".
Dado que el tamaño de la muestra del Estudio de Gemelos de la NASA es tan pequeño como puede ser, los investigadores enfatizaron que no pueden generalizar sus resultados, ni podrían probar un vínculo causal directo entre el vuelo espacial y sus observaciones. Aún así, su trabajo, a pesar de su alcance inherentemente limitado, le da a la NASA algunas pistas sobre dónde podrían ver cambios biológicos durante el vuelo espacial, una "hoja de ruta valiosa", dice el estudio, sobre los posibles riesgos de viajes más largos a nuestro sistema solar.
Trabajar en este estudio fue como ser un cartógrafo temprano, dice Feinberg. Él y otros investigadores trataron de comprender, a grandes rasgos, qué cambios ocurren en el cuerpo durante los vuelos espaciales, creando una forma general y dejando espacio para futuras investigaciones para completar los detalles.
La NASA ya tiene planes para seguir completando este mapa del cuerpo humano. Bailey y otros investigadores continuarán con otro proyecto a largo plazo monitoreando “diez astronautas en misiones de un año, diez en misiones de seis meses y diez en viajes de dos a tres meses a la vez. Los datos de salud se compararán con las personas en el terreno que están aisladas durante esos mismos períodos de tiempo ", según un comunicado de prensa de la Universidad Estatal de Colorado. Otros científicos están avanzando con proyectos analógicos en la Tierra, incluido Rana, que estudia medidas de sujetos en reposo en cama a largo plazo que imitan condiciones de gravedad cero.
Aunque queda mucho trabajo por hacer, la NASA ahora tiene un marco para el tipo de colaboración multidisciplinaria que probablemente continuará en futuros estudios, dice Basner. En cuanto a Scott Kelly, está preparado para participar a largo plazo.
"A veces las preguntas que hace la ciencia son respondidas por otras preguntas, y seguiré haciéndome pruebas una vez al año por el resto de mi vida", escribió en su libro de 2017, Endurance: My Year in Space, A Lifetime of Discovery . “Esto no me molesta particularmente. Vale la pena contribuir al avance del conocimiento humano ".
