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Los resultados finales del estudio de los gemelos espaciales: hay diez procesos fisiológicos clave a vigilar en los viajes largos
Investigación

Los resultados finales del estudio de los gemelos espaciales: hay diez procesos fisiológicos clave a vigilar en los viajes largos

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Teniendo dos gemelos astronautas la misión estaba clara: había que aprovechar y estudiar los cambios del organismo en el espacio, teniendo una copia en tierra firme y la otra en órbita. Ése es el resumen muy, muy resumido del estudio que la NASA ha llevado a cabo gracias a los gemelos Scott y Mark Kelly, del cual por fin se han publicado las conclusiones finales.

A modo de repaso, fue Scott el que vivió durante casi un año en la Estación Espacial Internacional, entre 2015 y 2016, tiempo durante el cual su hermano pasaba los días en la Tierra llevando una vida completamente distinta (sobre todo en términos de fuerza gravitatoria y atmósfera). Diez equipos de investigación estudiaron la fisiología de ambos gemelos tanto durante la estancia espacial de uno de ellos como los seis meses posteriores a su vuelta, con el objetivo de tener una idea más cercana de qué factura pasa el espacio a nuestro cuerpo, y ahora ya conocemos los resultados.

Las apariencias engañan cuando se trata de los cambios en el espacio

En 2017 ya teníamos las primeras trazas de lo que iba a ser un estudio más prolongado, y esos primeros datos nos daban una idea llamativa: los gemelos ya no eran tan gemelos, por así decirlo, debido a los cambios en el organismo que había experimentado Scott. Algo que se secundaba más tarde, pudiendo saber en detalle qué cambios estaban viéndose en esas primeras fases del estudio.

Ahora, la investigación llevada a cabo por Francine E. Garrett-Bakelman, Manjula Darshi, Stefan J. Green, Ruben C. Gur, Ling Lin y Brandon R. Macias entre otros ha sido publicada en Science. Trabajo en el que se agrupan las conclusiones tras examinar a nivel fisiológico y molecular los organismos de ambos gemelos monocigóticos, con el objetivo de que se tenga una base de las afecciones de la salud que suponen las largas estancias en el espacio.

Estudio Gemelos Espaciales 02 Un esquema del trabajo realizado. Imagen: Francine E. Garrett-Bakelman et al.

Hasta ahora se sabía, por estudios anteriores (de permanencias hasta seis meses en el espacio), que las estancias prolongadas en el espacio podían ocasionar una pérdida de la densidad ósea, efectos en la cognición, cambios en los microorganismos y alteraciones de la regulación genética. De ahí que para este trabajo se recogiesen datos fisiológicos, teloméricos, epigenéticos, metabólicos, inmunológicos, microbiológicos, cadiovasculares, cognitivos, proteicos y en relación a la transcripción genética.

Los resultaros mostraron que algunas funciones biológicas no se afectaron demasiado por las condiciones de microgravedad, entre las cuales está la respuesta inmunológica mediada por los linfocitos T, pero han encontrado cambios significativos en la longitud de los telómeros, la regulación genética, las bacterias del intestino, el peso corporal, las dimensiones de la arteria carótida, el grosor de la retina y algunos metabolitos, además de las funciones que se vieron afectadas por el estrés que supone volver a la Tierra.

Cambios multisistémicos

Se observaron cambios en la expresión genética en los distintos tipos de células estudiados, así como diferencias significativas en la cantidad de metabolitos medidos. Esto, hablando de una manera más concreta, refleja un estrés genotóxico, inflamación y la alteración del metabolismo de los aminoácidos (los "ladrillos" de las proteínas) durante la estancia en el espacio.

Los cambios más significativos en los metabolitos se dieron en los de la orina y en menor grado en los del plasma sanguíneo, viendo que el incremento de la actividad de ciertas células se daba en la estancia espacial y no en la Tierra (en las células CD4 y CD8 o en la agregación plaquetaria). Otros factores aumentaron en la estancia espacial, como el rendimiento cognitivo o la expresión genética asociada a los neutrófilos (unas células del sistema inmunitario), y disminuyeron en la vuelta a la Tierra.

Cambios en la longitud de los telómeros

Esto es algo que ya vimos en esas primeras conclusiones y que reafirman en estas conclusiones finales. Los telómeros son, a grandes rasgos, los extremos de los cromosomas (por así decirlo, las partes finales de las cadenas de ADN que quedan en los extremos de las "patitas" -cromátidas- de los cromosomas), cuya función es la protección del ADN con información esencial para la síntesis de proteínas y otros aspectos. Con la edad, el estrés y otros factores se acortan (lo cual a su vez es clave en el envejecimiento), pero lo que se vio en Scott es que sus telómeros crecieron durante la estancia en la ISS.

Eso sí, la longitud de sus telómeros se vio reducida una vez volvió a la Tierra en tan sólo 48 horas incluso quedando por debajo de los valores obtenidos previamente a la estancia espacial, estableciéndose en su media previa los meses siguientes. De ahí que se considere que este aumento pudiese deberse a la rigurosa rutina de ejercicio y la estricta dieta hipocalórica del astronauta en el espacio.

Daños en el ADN

La radiación que soportan los seres humanos sin la protección de la atmósfera es uno de los principales factores más importantes a tener en cuenta a nivel de salud, dado que bajo el cobijo del ozono y del resto de gases las altas exposiciones solares ya tienen consecuencias nefastas en nuestras células. Lo que se vio en el estudio es que la expresión genética se alteró, así como algunos efectos en el ADN como las translocaciones e inversiones intercromosómicas (intercambios de fragmentos genéticos entre distintos cromosomas o entre partes del mismo).

Se deduce que la exposición a radiaciones puede ocasionar variaciones permanentes en el ADN y no sólo transitorias durante dicha exposición

Las segundas se incrementaron mucho más en el caso de Scott que de Mark, y de hecho este cambio se mantuvo una vez el gemelo había vuelto a la Tierra, con lo que se deduce que la exposición a radiaciones puede ocasionar variaciones permanentes en el ADN y no sólo transitorias durante dicha exposición. No se vieron no obstante diferencias significativas en la metilación del ADN (lo que puede definirse como el proceso que se da de manera normal para parar la expresión genética).

Gemelos Espaciales 02 Imagen: NASA.

Así, aunque los cambios genéticos observados son catalogados como "mínimos", los investigadores consideran que las alteraciones que sufren los genes promotores en relación a la adaptación ambiental se ven afectados durante la estancia en el espacio. Los cambios genéticos se vieron en los que intervienen en la agregación plaquetaria (relacionado con la cicatrización), la regulación de la osificación y la respuesta celular a la radiación ultravioleta B.

La respuesta inmunológica y la inflamación durante el vuelo espacial

La observación de una expresión genética distinta indicó a su vez que numerosos procesos inmunológicos cambian en la estancia prolongada en el espacio. Vieron además signos de respuesta inflamatoria (aumento de citoquinas y otras proteínas reactivas), parte de ello en aumento desde los días antes del vuelo y continuándose durante la estancia e incluso ya en la Tierra.

¿Y qué pasa con la respuesta inmunológica a una vacuna? Se les suministró la vacuna de la gripe a ambos, y no se encontraron diferencias significativas entre uno y otro gemelo, así que en ese aspecto nuestro sistema defensivo parece responder de manera similar.

Iss 01 Imagen: NASA.

Cambios en la microbiota

Los primeros hallazgos ya daban indicativos de que la población bacteriana cambiaba durante la estancia en el espacio. Algo que cabía pensar, dado que está relacionada con la dieta y la de los astronautas es tan espacial como especial.

Lo que se vio tras el estudio completo es que la flora bacteriana de Mark era más rica que la de Scott, pero que tampoco había diferencias llamativas entre uno y otro. En las muestras fecales de ambos se vio la abundancia de bacterias Firmicutes y Bacteroidetes, si bien si se vio que ciertos grupos taxonómicos y su función genética se alteraron durante el tiempo en el espacio de ambos gemelos (Mark pasó un tiempo allí previamente al estudio).

La adaptación de las mitocondrias

Las mitocondrias son los orgánulos celulares donde se produce la respiración celular, proporcionando gran parte de la energía necesaria para la actividad celular. Y lo que se vio a este nivel es que el nivel de ARN mitocondrial (el material genético que contiene este orgánulo) se incrementó durante la estancia en el espacio, con lo cual se deduce que hay un incremento de la respiración celular (se necesita más energía).

Además, se detectó un aumento del nivel de ácido láctico, lo cual junto con otros indicadores de la expresión genérica indica que se ha pasado al metabolismo anaeróbico (sin oxígeno). Es decir, hay cambios en el metabolismo debidos a una menor cantidad de oxigeno y las diferencias en la presión parcial del mismo.

Cambios cardiovasculares y en la masa corporal

Como ya se esperaba también por estudios previos, se observaron cambios en el grosor de las arterias en el gemelo que pasó tiempo en la estación espacial internacional, permaneciendo más gruesas hasta cuatro días después de su vuelta a la Tierra. Esto además está relacionado con ese índice de inflamación incrementado que comentábamos antes, lo cual a su vez tiene que ver con las condiciones estresantes de la vida en el espacio, la ida y la vuelta.

Astronauta Arterias El astronauta David Saint-Jacques realizando una ecografía para evaluar sus arterias. Imagen: NASA.

Así, esa restrictiva dieta que recordábamos influye en la masa corporal y en Scott se detectó un 7% de pérdida de masa corporal durante su estancia en la ISS (a Mark le fue mejor en la Tierra, incrementando la suya en un 4%). También se observó un descenso en el volumen de la orina del gemelo en el espacio con respecto a los valores previos al vuelo, y en los análisis posteriores ya en la Tierra había signos de esa pérdida de masa corporal.

Cambios cognitivos y neuro-oculares

Igual que el engrosamiento de las arterias, también se observó un incremento del grosor de las paredes de la vena yugular y las retinas, esto último indicativo de que se produjo un edema en esta zona del gemelo en la ISS. Además, en la orina del astronauta se vio un incremento de un metabolito relacionado con las patologías de retina, si bien éste disminuyó ya en los análisis posteriores a la estancia.

Y en cuanto a los procesos cognitivos, no se observaron cambios demasiado significativos pero sí había cierta reducción en los resultados de Scott durante la permanencia en el espacio (que no se vieron en los tests previos, con ambos gemelos en tierra firme). Sí había más diferencia en los resultados una vez había vuelto del espacio, lo cual perduró hasta seis meses después de su vuelta.

Una buena base para las misiones (y estudios) del futuro

Con todo esto, el estudio refleja los cambios en el organismo asociados a una estancia prolongada en el espacio con el objetivo de que sea una base para la preparación de los astronautas en futuros viajes largos, así como de base para futuros trabajos similares. Consideran que hay diez procesos fisiológicos clave que vigilar en los viajes de larga duración:

  • La masa corporal y la nutrición.
  • La regulación de la longitud de los telómeros.
  • El mantenimiento de la estabilidad genética.
  • La salud vascular.
  • La adaptación de las estructuras oculares.
  • Los cambios metabólicos.
  • Los cambios genéticos.
  • Las alteraciones en el nivel de lípidos.
  • La respuesta de las bacterias.
  • Las funciones cognitivas.
Estudio Gemelos Espaciales 01 Los indicadores en azul (TW) corresponden a Scott Kelly, el que pasó los 340 días en la ISS, mientras que los verdes (HR) corresponden a Mark Kelly. Imagen: Francine E. Garrett-Bakelman et al.

Explican que muchos de los hallazgos pueden estar relacionados con la dieta hipocalórica y la pérdida de peso experimentadas en la estancia espacial, con efectos en la presión sanguínea (un descenso). También se vio un aumento del ácido láctico y el plasma en orina que se ha vinculado con esa actividad física intensa a la que se someten en la ISS.

La vuelta a la Tierra es un proceso altamente estresante que supone uno de los retos fisiológicos más importantes de una misión espacial

Lo que concluyen también es que la vuelta a la Tierra es un proceso altamente estresante que supone uno de los retos fisiológicos más importantes de una misión espacial, con respuestas exacerbadas de los sistemas musculoesquelético, cardiovascular y la reacción inflamatoria. Hay además preocupación ante los efectos a largo plazo en los sistemas cognitivos, cardiovascular y ocular, incluyendo las funciones moleculares en las células de los astronautas.

Insisten en que se necesitan estudios como éste para preparar bien misiones como las de ir a Marte (estimadas en dos o tres años de duración), y hasta la fecha sólo ocho misiones han durando más de 300 días según la NASA. Y a medida que estos efectos se puedan confirmar, se considerarán medidas especiales para disminuir estos riesgos derivados de la exposición continuada a la radiación, la dieta, la microgravedad y el resto de condiciones de la estancia en el espacio.

Imagen | NASA vía NewAtlas

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