El 27 de marzo de 2015 el astronauta de la NASA Scott Kelly comenzó el que sería sin duda el más mediático de sus viajes espaciales. El destino de tan interesante periplo fue la Estación Espacial Internacional (ISS por sus siglas en inglés), en la que permaneció casi un año completo, hasta el 1 de marzo de 2016, convirtiéndose en el miembro de la agencia espacial norteamericana que más tiempo ha pasado en el espacio. Mientras tanto, en la Tierra le esperaba su hermano gemelo, Mark, quien serviría como sujeto control para un extenso estudio cuyos resultados se publican hoy en Science.

El objetivo de dicho trabajo era comprobar cómo afecta una larga estancia en el espacio al organismo humano, por lo que poder comparar la evolución de dos gemelos idénticos era una oportunidad de oro. Para ello, la NASA reclutó a más de 80 científicos, divididos en diez grupos de investigación enfocados en áreas muy diferentes de la medicina. Aunque ya en 2016 se dieron a conocer algunos datos preliminares, como que los discos espinales de Scott se expandieron haciéndolo cinco centímetros más alto, han sido necesarios tres años más para poder conocer el resto de información obtenida por estos investigadores.

Caminando hacia Marte

La NASA espera poder enviar una misión tripulada a Marte para el año 2035. Tanto este viaje como las próximas incursiones a la Luna supondrán estancias largas, que podrían afectar al organismo de los astronautas, por cuestiones como la microgravedad o la alta exposición a radiaciones. Por eso, en 2014 la agencia espacial hizo un llamamiento a científicos de todo el mundo para poner en marcha un estudio masivo con el que analizar las diferencias establecidas en dos gemelos idénticos, de los cuales uno iría a la ISS y el otro, un astronauta retirado, permanecería en la Tierra. Apenas tuvieron unos meses para prepararlo todo antes de la partida de Kelly, pero todo pudo llevarse a cabo sin incidencias remarcables.

Aunque cada grupo de investigación ha trabajado de forma independiente, han tenido un modo de proceder similar, consistente en la recogida de muestras de los dos gemelos antes, durante y después de la estancia en el espacio. El envío de muestras se hizo inmediatamente, gracias a la nave Soyuz que las llevó a la Tierra en las horas posteriores a su extracción. Sin embargo, algunos de los autores del estudio han aprovechado para practicar en un avión de simulación de microgravedad cómo sería el proceso de analizarlas directamente en la nave.

Además, se diseñaron protocolos para la recogida de muestras en el espacio, ya que en este entorno el volumen de sangre disminuye y los astronautas están deshidratados crónicamente, por lo que es más difícil obtenerlas.

NASA

Cambios en la epigenética

Uno de los grupos de investigación, formado por científicos de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Stanford, la Universidad de Cornell y la Universidad del Estado de Colorado, entre otras instituciones, se encargó de comprobar si el viaje espacial afectó a la epigenética de Scott Kelly.

La epigenética es una rama de la genética que estudia los factores que propician cambios en la expresión de los genes, sin afectar a la secuencia de ADN. Básicamente son señales que indican que un gen debe silenciarse o expresarse en una célula concreta y en un momento determinado. Estas modificaciones pueden estar muy influidas por factores ambientales, por lo que cabe pensar que algo tan extremo como viajar al espacio pudiera influir sobre ellas.

Concretamente, estos investigadores se centraron en una de estas señales, llamada metilación. Esta consiste en la colocación de grupos metilo, formados por un carbono y tres hidrógenos, sobre el ADN, de modo que queda afectada su expresión.

Para comprobar cómo había afectado la metilación al material genético de los hermanos les extrajeron muestras de ADN durante 27 meses, algunas durante la misión, y otras antes o después. Los resultados en ambos astronautas eran prácticamente iguales. El momento en el que más diferencias se determinaron fue a los nueves meses de empezar la misión, cuando el ADN de Scott tenía una metilación del 79% en contraposición al de Mark, que alcanzaba el 83%.
En cambio, sí que había un dato curioso, pues las metilaciones no se encontraban en las mismas regiones del ADN. Concretamente, en el caso de Scott durante el tiempo que permaneció en el espacio se detectaron más de estas modificaciones epigenéticas en torno a los genes implicados en el sistema inmunitario, algo que no ocurrió a Mark. Es un dato interesante, que además cuadra con los resultados de otros investigadores, que detectaron en el mismo periodo un incremento en algunos marcadores asociados a procesos inflamatorios.

Una investigación similar a esta fue llevada paralelamente por científicos del Weill Cornell Medicine, que comprobaron que la gran mayoría de cambios en la expresión génica se dieron en los últimos seis meses de la misión. Además, estos detectaron cambios a nivel de los genes de las mitocondrias, que son orgánulos implicados en la obtención de energía para las células. Por otro lado, se observaron en Scott cambios en los niveles de lactato, un metabolito implicado en el correcto funcionamiento de las mitocondrias, aunque estos volvieron a la normalidad poco después de la vuelta a la Tierra.

Ojo a la microbiota intestinal

Otro factor importante en este estudio es el análisis de las posibles diferencias establecidas en la microbiota intestinal de los gemelos Kelly. No todos los microorganismos son patógenos. Existen muchos ejemplos de microbios beneficiosos, entre los que destacan los formadores de la microbiota intestinal; que, siempre que se mantengan a unos niveles adecuados, resultan cruciales para el mantenimiento de una buena salud digestiva. Pero esta no es su única función. Se ha comprobado que también tienen una gran influencia sobre otros órganos, como los huesos, los músculos o el cerebro, por lo que es importante comprobar que los viajes espaciales no generan cambios peligrosos en este aspecto.

Por eso, un equipo de científicos de la Universidad de Northwestern se encargó de analizar muestras de heces de ambos hermanos, en busca de diferencias remarcables. Y las encontraron, concretamente cuando comprobaron la concentración de bacterias pertenecientes a las dos categorías que componen el 90% de las que habitan en los intestinos: Firmicutes y Bacteroidetes. Durante su estancia en la Estación Espacial Internacional Scott experimentó un aumento en los niveles de Firmicutes, a la vez que las Bacteroidetes disminuían notablemente. Hasta el momento no se sabe si este era un cambio positivo o negativo, ya que ambos grupos contienen tanto bacterias perjudiciales como beneficiosas, pero sin duda es un factor clave que se debe estudiar más a fondo.

En cuanto a los motivos del cambio, en un principio los autores de esta parte del estudio pensaron que pudiese estar relacionado con la alimentación de Scott, que estuvo compuesta principalmente por alimentos precocinados y liofilizados. Sin embargo, un estudio similar con ratones que habían comido lo mismo en la Tierra y el espacio mostró las mismas diferencias intestinales, por lo que no parecía que la dieta hubiese influido en ellas.

coca-cola

Telómeros más largos

De comprobar posibles cambios en los cromosomas se encargaron los científicos procedentes de la Universidad Estatal de Colorado. En su caso, descubrieron que los cromosomas extraídos de los glóbulos blancos de Scott mostraron un alargamiento en sus telómeros, que desapareció poco después de su vuelta a la Tierra.

Los telómeros son fragmentos de ADN no codificante, presentes en los extremos de los cromosomas, cuya función es protegerlos del acortamiento que sufren a medida que se dividen las células. Por este motivo, su estudio se considera clave en la investigación del envejecimiento, ya que la principal señal de que una célula está envejecida es que sus telómeros muestra un tamaño reducido. ¿Significa esto que Scott rejuveneció en el espacio?

Grosso modo podría decirse que sí, aunque lógicamente el envejecimiento es mucho más que eso. Lo que está claro es que fue un fenómeno inesperado y totalmente contrario a lo predicho por estos investigadores, que esperaban que las condiciones extremas a las que se expondría durante su viaje harían envejecer a sus células más deprisa.

Otro detalle importante en este punto es que la recuperación de la longitud original de sus telómeros al volver a la Tierra se hizo especialmente deprisa y, si bien la mayoría volvieron a sus niveles originales, algunos quedaron incluso más cortos, por lo que definitivamente el cambio parecía ser perjudicial.

Remodelación vascular

Brinda Rana, autora principal del estudio y profesora del Departamento de Psiquiatría de la Facultad de Medicina de la UC San Diego, se encargó junto a su equipo de analizar posibles cambios a nivel vascular.

Se sabe que muchos astronautas desarrollan un trastorno de la visión, conocido como síndrome neuroocular asociado al espacio o SANS, que parece ser el resultado de modificaciones en el funcionamiento del sistema vascular. En ello influyen factores como la microgravedad o ciertos cambios ambientales, pero también la predisposición genética, por lo que comparar a Scott con su hermano gemelo suponía un buen experimento. Para ello les extrajeron muestras, tanto de sangre como de orina, y las analizaron en busca de marcadores concretos. Finalmente, comprobaron que durante la misión Scott experimentó un aumento de los niveles de proteína de colágeno en orina, algo que está relacionado con remodelaciones en el sistema vascular y que no se observó en Mark.

Estos resultados dieron pie al inicio de otros dos estudios, aún en marcha, en los que participan voluntarios humanos, dentro de entornos espaciales simulados.

Otros cambios

Aparte de todo lo mencionado, Scott también experimentó otros cambios, como el engrosamiento del nervio retiniano y alteraciones de la forma del globo ocular. Todo esto afecta a la agudeza visual y ha sido observado en otros astronautas masculinos, pero no en mujeres. Por otro lado, también se observaron cambios cognitivos y mayores niveles de estrés durante el vuelo, siendo estos últimos los posibles responsables de algunas de las modificaciones fisiológicas detectadas por el resto de investigadores.

En definitiva, y a pesar de las numerosas diferencias detectadas entre los dos hermanos durante el vuelo de Scott, los resultados de este estudio son positivos, pues la inmensa mayoría de desequilibrios volvieron a la normalidad una vez finalizado el viaje. Esto indicaría que el ser humano está preparado para lo que está por venir, aunque todos los científicos que han participado en él recuerdan que un estudio con solo dos participantes no debe tomarse en cuenta como definitivo. No es fácil encontrar parejas de astronautas gemelos, pero aún queda tiempo para diseñar otros experimentos. Por ahora este macro estudio no está nada mal para empezar.