In uno studio fondamentale, un gruppo di scienziati statunitensi della Johns Hopkins, La Stanford University e altre istituzioni non hanno trovato durature, principali differenze tra gli epigenomi dell'astronauta Scott Kelly, che ha trascorso un anno nello spazio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, e suo fratello gemello, Segnare, che è rimasto sulla Terra.

Ciò che questo studio ci dice sui pericoli dei viaggi spaziali sul genoma di una persona non è chiaro, dicono gli scienziati, ma la ricerca su ulteriori astronauti nello spazio potrebbe eventualmente aiutare gli scienziati a prevedere i tipi di rischi medici che potrebbero affrontare nei lunghi viaggi spaziali in cui le persone sperimentano meno gravità rispetto alla Terra, esposizione a raggi ultravioletti nocivi e altri rischi per la salute.

"Questa è l'alba della genomica umana nello spazio, "dice Andrew Feinberg, M.D., l'illustre professore di medicina di Bloomberg, Ingegneria biomedica e salute mentale presso la Johns Hopkins University. "Abbiamo sviluppato i metodi per fare questi tipi di studi genomici umani, e dovremmo fare più ricerche per trarre conclusioni su ciò che accade agli umani nello spazio".

I cambiamenti epigenetici comportano "ritocchi" chimici al DNA che possono influenzare l'attività genica, ma i cambiamenti non influenzano il codice genetico sottostante stesso. I cambiamenti influenzano quando e come viene letto un gene, o espresso, per le sue istruzioni di codifica delle proteine. Quando i cambiamenti epigenetici si verificano nel momento o nel luogo sbagliato, il processo può attivare o disattivare i geni nel momento e nel luogo sbagliati, pure.

Gli scienziati hanno a lungo monitorato e studiato gli effetti fisiologici dei viaggi spaziali sugli astronauti. Però, la maggior parte di questi astronauti viaggia in missioni spaziali di sei mesi o meno, non le missioni più lunghe necessarie per viaggiare su Marte o altrove. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere l'impatto delle lunghe missioni di volo spaziale sul corpo umano, dove c'è più esposizione alle radiazioni, dieta ristretta, meno esercizio, gravità inferiore e cicli di sonno disturbati.

Feinberg osserva che lo studio di gemelli identici, che, dalla natura, avere lo stesso materiale genetico:è stata un'importante e rara opportunità di confrontare i cambiamenti fisiologici e genomici quando un gemello è andato nello spazio e l'altro è rimasto sulla Terra. "Però, dato che abbiamo solo due persone nel nostro studio, non possiamo dire che questi cambiamenti siano dovuti al viaggio nello spazio stesso, " dice Feinberg. "Abbiamo bisogno di più studi sugli astronauti per trarre tali conclusioni".

Per lo studio, descritto nel numero del 12 aprile di Scienza , scienziati hanno raccolto campioni di sangue, dati fisiologici e misurazioni cognitive di Scott e Mark Kelly in vari momenti oltre 27 mesi prima, durante e dopo la missione spaziale di un anno di Scott. I campioni di Scott durante il volo sono stati raccolti sulla stazione spaziale quando le spedizioni dalla Terra sono arrivate su un razzo Soyuz e, quello stesso giorno, rispedito sulla Terra sul razzo in modo che i campioni potessero essere elaborati entro 48 ore.

Feinberg e l'ex studente postdottorato Lindsay Rizzardi, ora scienziato senior presso l'HudsonAlpha Institute for Biotechnology, focalizzato sui cambiamenti epigenetici ai genomi di Scott e Mark.

Nello specifico, Feinberg e il suo team hanno esaminato due tipi di globuli bianchi (CD4+ e CD8+) isolati dal sangue di Mark e Scott. Si sono concentrati su segni epigenetici costituiti da modificazioni chimiche chiamate gruppi metilici che vengono aggiunti al DNA in un processo chiamato metilazione.

Globale, hanno scoperto che nel DNA di Mark legato alla terra si sono verificati tanti cambiamenti epigenetici simili a quelli del suo gemello spaziale. C'era una differenza inferiore al 5% nella metilazione complessiva tra i gemelli durante la missione. La differenza più grande si è verificata nove mesi dopo l'inizio della missione, quando il 79% del DNA di Scott è stato metilato, rispetto all'83 percento di quelli di Mark.

Le posizioni dei cambiamenti di metilazione nel genoma erano diverse per ogni gemello. Per esempio, gli scienziati hanno scoperto cambiamenti di metilazione vicino ai geni coinvolti nelle risposte del sistema immunitario in Scott durante il suo tempo nello spazio, ma non in Marco. Ciò è correlato ai dati di altri ricercatori coinvolti nell'attuale studio che hanno riscontrato aumenti di alcuni marcatori biochimici associati all'infiammazione in Scott ma non in Mark.

"È stato incoraggiante vedere che non c'era una massiccia interruzione dell'epigenoma né in Mark né in Scott, "dice Rizzardi. "Tuttavia, con solo due persone nello studio, siamo limitati nelle conclusioni che possiamo trarre sull'effetto del viaggio spaziale sul genoma. Ma i risultati ci danno indizi su ciò che dovremmo esaminare più da vicino negli studi futuri sugli astronauti".

Nello studio attuale, I campioni biologici di Scott sono stati rispediti immediatamente sulla Terra, ma in futuro, gli astronauti potrebbero dover elaborare e conservare campioni sulla navicella spaziale. Feinberg, Rizzardi e lo scienziato della NASA Brian Crucian hanno sviluppato istruzioni dettagliate per eseguire complicati esperimenti in microgravità. Feinberg e Rizzardi hanno viaggiato per una settimana sulla famosa "Vomit Comet, "un aereo che simula l'assenza di gravità, per testare i loro protocolli per superare le sfide del collezionismo, purificare e conservare campioni di sangue a bordo della stazione spaziale.

Degli studi condotti dagli scienziati della Stanford University, Università statale del Colorado, Cornell University e altri, alcuni dei risultati notevoli includevano l'allungamento in volo dei telomeri di Scott, gli endcap protettivi sui cromosomi. L'allungamento dei telomeri, come precedentemente riportato, tornato alla normalità quando Scott è tornato sulla Terra.

Inoltre, più del 90% dei geni che hanno modificato i livelli di attività durante il volo di Scott sono tornati alla normalità sei mesi dopo il volo. Ancora, Note di Feinberg, questi cambiamenti non sono indicativi del solo volo spaziale, né differiscono da ciò che potrebbe verificarsi normalmente.

Gli scienziati hanno anche scoperto che la forma del bulbo oculare di Scott è cambiata nel corso del volo, compreso un nervo retinico più spesso e pieghe nello strato coroideo che circonda l'occhio. Questi cambiamenti in genere influenzano l'acuità visiva e, dice Feinberg, si sono verificati in altri astronauti maschi ma non nelle femmine. Gli scienziati hanno anche osservato cambiamenti cognitivi e aumento dei livelli di stress in Scott durante il volo, quale, ancora, non può essere attribuito al solo volo spaziale.

Feinberg afferma che questo studio pone le basi per fare previsioni sulla funzione genetica e fisiologica di un astronauta durante una missione a lungo termine:"Se sappiamo cosa aspettarci, possiamo anticipare i problemi di salute che gli astronauti possono incontrare e garantire che farmaci e altri rimedi siano a portata di mano durante una missione".