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Um ano no espaço pode desencadear muitas mudanças no corpo humano - desde a nossa cabeça até os nossos genes - mas a maioria deles não persiste indefinidamente.
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| NASA |
Em 2016, quando o astronauta Scott Kelly retornou à Terra depois de passar um ano no espaço, deve ter realmente incomodado seu irmão gêmeo, o astronauta Mark Kelly, Scott estava dois centímetros mais alto do que quando partiu. No entanto, o aumento temporário de Scott na altura não foi a única coisa que mudou durante a sua viagem.
Como parte do Estudo Gêmeos da NASA, enquanto Scott estava no espaço, Mark continuou sua vida diária na Terra. Ao longo da missão de um ano, os pesquisadores acompanharam as mudanças nos marcadores biológicos de ambos os irmãos para identificar quaisquer variações. Como os gêmeos compartilham o mesmo código genético, os pesquisadores raciocinaram que quaisquer diferenças observadas poderiam ser tentativamente - embora não definitivamente - ligadas ao tempo de Scott a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Isso permitiu que aproveitassem uma oportunidade única e explorassem como uma permanência prolongada no espaço pode afetar o corpo humano.
Com base em seus resultados, que foram publicados esta semana na revista Science, o voo espacial definitivamente pode desencadear mudanças no corpo humano. Mas a grande maioria dessas mudanças desaparece em poucos meses após o retorno à Terra.
Mais notavelmente, os pesquisadores descobriram que viver em um ambiente de microgravidade pode: danificar o DNA; impactar o modo como milhares de genes individuais são expressos; aumentar o comprimento dos telômeros (as capas de proteção que protegem as extremidades de nossos cromossomos); engrossar as paredes das artérias; modificar o microbioma; e aumentar a inflamação - só para citar alguns.
"Este é o alvorecer da genômica humana no espaço", disse Andrew Feinberg, professor da Johns Hopkins University e um dos principais pesquisadores do Estudo Twins, em um comunicado à imprensa. "Nós desenvolvemos os métodos para fazer esses tipos de estudos genômicos humanos, e deveríamos estar fazendo mais pesquisas para tirar conclusões sobre o que acontece com os humanos no espaço".
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Um punhado de estudos
O Twins Study é composto por 10 projetos distintos, todos em um. As investigações individuais concentram-se em como voos espaciais de longo prazo podem afetar diferentes aspectos do corpo humano, variando de expressão genética a saúde cardiovascular, resposta do sistema imunológico e muito mais.
Para realizar o estudo, os pesquisadores realizaram inúmeros testes e coletaram muitas amostras de ambos os gêmeos, começando seis meses antes do vôo de Scott e terminando nove meses depois que ele desembarcou. Enquanto em órbita, Scott era responsável por coletar suas próprias amostras - que incluíam sangue, urina e matéria fecal.
Vôo espacial muda expressão gênica
Um dos resultados mais intrigantes do Twins Study veio da investigação de como a expressão gênica (ou epigenética) mudou ao longo da duração da missão. Liderados por Chris Mason, da Weill Cornell Medicine, os pesquisadores realizaram o sequenciamento do genoma completo para identificar as mudanças químicas que ocorreram no DNA e no RNA dos gêmeos. Embora ambos os Kellys devessem experimentar mudanças epigenéticas ao longo do estudo, o grande número de transformações ainda pegou os pesquisadores de surpresa.
"Algumas das coisas mais empolgantes que vimos ao observar a expressão gênica no espaço é que realmente vemos uma explosão, como fogos de artifício decolando, assim que o corpo humano chega ao espaço", disse Mason em um comunicado de imprensa. os resultados preliminares foram divulgados pela primeira vez. "Com este estudo, vimos milhares e milhares de genes mudarem como estão ligados e desligados. Isso acontece assim que um astronauta entra no espaço, e parte da atividade persiste temporariamente ao retornar à Terra."
No geral, quando Scott se aventurou no espaço, seu corpo ativou muitos genes anteriormente inativos. Primeiramente, ele se liga a genes relacionados ao crescimento de telômeros, produção de colágeno, resposta do sistema imunológico e reparo de DNA. E, embora tais mudanças tenham começado logo depois que Scott entrou no espaço, elas aumentaram drasticamente na metade da sua estada.
"A expressão genética mudou drasticamente", disse Mason em um comunicado de imprensa. "Nos últimos seis meses da missão, houve seis vezes mais mudanças na expressão gênica do que na primeira metade da missão." No entanto, mais de 90 por cento dos genes de Scott foram novamente expressando-se normalmente dentro de seis meses de seu retorno.
Os pesquisadores apontam que o Mark ligado à Terra também experimentou um número significativo de mudanças epigenéticas. "A quantidade de diferença que vimos em Scott estava dentro do intervalo da flutuação que vemos em Mark", disse Andy Feinberg, da Universidade Johns Hopkins, em uma coletiva de imprensa na terça-feira, "então não vemos isso como patológico".
"O Estudo dos Gêmeos tem sido um passo importante para entender a epigenética e a expressão gênica em voos espaciais tripulados", disse J.D. Polk, diretor de Saúde e Médico da NASA, em um comunicado.
Escudos cromossômicos crescem mais no espaço
Outro aspecto importante do Estudo dos Gêmeos focou em como o voo espacial alterou o comprimento dos telômeros de Scott, que são os protetores nas extremidades dos cromossomos que impedem que os filamentos de DNA se degradem à medida que envelhecemos. Liderado pela professora Susan Bailey, da Universidade Estadual do Colorado, este estudo monitorou a duração dos telômeros de cada gêmeo antes, durante e depois da permanência de Scott a bordo da estação espacial.
Telomeres "pode servir como um biomarcador de envelhecimento acelerado ou alguns dos riscos para a saúde associados, como doença cardiovascular ou câncer", disse Bailey durante a conferência de imprensa. "Nós imaginamos entrar no estudo que os tipos únicos de estresse e exposições ambientais extremas como a radiação espacial e a microgravidade, todas essas coisas agiriam para acelerar a perda de telômeros."
Inesperadamente, Bailey e sua equipe descobriram que a extensão dos telômeros de Scott não encolheu enquanto ele estava no espaço. Em vez disso, eles aumentaram significativamente em tamanho. No entanto, em apenas dois dias do retorno de Scott à Terra, seus telômeros diminuíram drasticamente de novo.
Embora os telômeros de Scott tenham, em média, aproximadamente o mesmo comprimento que o pré-voo, Bailey nota que Scott tem atualmente telômeros muito mais curtos do que no início do projeto, o que poderia indicar que seu tempo afetou negativamente seus telômeros. a longo prazo. Enquanto isso, os telômeros de Mark permaneceram praticamente os mesmos durante todo o estudo.
"Para nós, terráqueos", explicou Bailey em um comunicado de imprensa, "todos nós nos preocupamos em envelhecer, e todos querem evitar doenças cardiovasculares e câncer. Se pudermos descobrir o que está acontecendo, o que está causando essas mudanças no comprimento dos telômeros, talvez poderia retardá-lo. Isso é algo que seria um benefício para todos ".
Para fazer isso, Bailey já está planejando realizar mais pesquisas de telômeros como parte do Projeto de Missão de Um Ano da NASA, que está atualmente em desenvolvimento. No projeto, Bailey estudará 10 astronautas em missões de ano inteiro, 10 astronautas em missões de meio ano e mais 10 em missões curtas de apenas dois a três meses.
Ao contrário do Estudo das Gêmeas, que permitiu que Mark seguisse sua vida normal, o projeto de Missão de Um Ano abrigará os sujeitos de controle isoladamente durante a missão de cada astronauta. De acordo com Bailey, "estamos tentando determinar se é realmente algo específico sobre o vôo espacial que está causando as mudanças que vimos".
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| Este gráfico ilustra como os projetos Individuais do Estudo de Gêmeos foram integrados no único artigo de resumo que acabou de ser lançado. Ainda este ano, os projetos individuais publicarão vários artigos complementares detalhando as especificidades de cada estudo. |
Impactos adicionais de voos espaciais de longo prazo
O aumento da expressão gênica e o alongamento dos telômeros estavam longe das únicas mudanças observadas no Estudo dos Gêmeos. Os pesquisadores também investigaram uma série de outros indicadores físicos e mentais da saúde geral.
Stuart Lee, da KBRWyle, do Laboratório Cardiovascular e Vision da NASA, analisou como o voo espacial afeta a estrutura e a eficácia das artérias. Imaginando as artérias dos gêmeos com ultra-som, bem como analisando biomarcadores em suas amostras de sangue e urina, sua equipe descobriu que a parede da artéria carótida de Scott - que fornece sangue ao cérebro - ficava mais espessa no espaço. Enquanto isso, a parede da artéria carótida de Mark não se tornava mais espessa. Segundo Lee, uma parede da artéria carótida mais espessa está associada a um risco aumentado de 10 anos de doença cardiovascular e acidente vascular cerebral.
Durante seu tempo no espaço, o microbioma de Scott - as bactérias em seu intestino - mudou drasticamente. Liderados por Fred Turek, da Universidade Northwestern, os pesquisadores monitoraram a complexa comunidade de microrganismos que vivem dentro de Mark e Scott durante toda a pesquisa. Embora os gêmeos esperassem ter microbiomas muito diferentes durante toda a duração da missão, os pesquisadores descobriram que o microbioma de Scott mudou quando ele chegou ao espaço, mas depois retornou à sua composição de preflight assim que voltou à Terra. Como os pesquisadores apontam que isso pode ser devido à sua dieta de alimentos congelados e pré-embalados durante o vôo, seguindo adiante, pode fazer sentido personalizar as dietas dos astronautas para ajudar a reduzir as bactérias prejudiciais, ao mesmo tempo em que as benéficas prosperam.
Outro estudo, liderado por Mike Snyder, da Stanford University, acompanhou como o voo espacial afetou a inflamação no corpo humano, monitorando as gorduras e proteínas no sangue dos gêmeos. Os pesquisadores mostraram que, embora o corpo de Scott estivesse em microgravidade, era mais propenso a inflamações do que o de seu irmão. No entanto, os pesquisadores observaram que o aumento da resposta inflamatória de Scott poderia muito bem ser uma resposta normal a uma situação estressante, que certamente é o voo espacial.
Emmanuel Mignot, também da Universidade de Stanford, testou a resposta imunológica de Scott dando-lhe a vacina contra a gripe em três ocasiões diferentes: primeiro na Terra, depois no espaço e mais uma vez no seu retorno. Cada vez, o corpo de Scott reagiu como você esperaria em condições normais. E considerando que uma doença se espalhando através da tripulação de uma missão de longa duração para a Lua ou para além dela representaria um problema significativo, o fato de o corpo de Scott responder apropriadamente a uma vacina é bastante encorajador.
Embora muitos dos projetos do Estudo Gêmeos tenham focado em mudanças físicas no corpo humano que ocorrem durante voos espaciais, os pesquisadores também monitoraram as habilidades mentais dos irmãos durante todo o estudo. Mathias Basner, da Universidade da Pensilvânia, fez com que os gêmeos fizessem 10 testes diferentes - explorando coisas como estado de alerta e consciência emocional - várias vezes antes, durante e depois da missão. Embora tanto Mark quanto Scott mantivessem altos níveis de desempenho antes e durante a missão, os pesquisadores descobriram uma ligeira queda no desempenho de Scott em seu retorno à Terra. No entanto, os pesquisadores acham que esse declínio pós-voo pode ser simplesmente devido a uma agenda lotada e se reajustando à gravidade da Terra.
"Nós apenas começamos"