El espacio exterior es uno de los próximos grandes desafíos para la especie humana. Con una gran  parte de la Tierra ya conocida, los exploradores del futuro realizarán sus misiones o viajes espaciales fuera de los límites conocidos del planeta azul. Así, la colonización de Marte y los diversos viajes privados programados para las próximas décadas plantean grandes retos para la humanidad, y, especialmente, para la comunidad científica.

Hasta el momento, la mayor parte de los viajes espaciales, en los que han participado hasta 559 personas, han sido relativamente cortos. De estas experiencias se ha obtenido información de gran interés sobre los efectos del espacio sobre el cuerpo humano. Por ejemplo, se sabe que la vida en el espacio reduce la densidad ósea, influye en la microbiota y afecta a la expresión de los genes. Sin embargo, debido a diversas limitaciones técnicas y logísticas, todavía se carecía de información detallada de cómo podría afectar un viaje espacial de larga duración a una persona.

Con el objetivo de solucionar este vacío en el conocimiento, la agencia espacial NASA inició hace unos años un estudio destinado a investigar los efectos de un viaje de larga duración sobre el ser humano, denominado Estudio Gemelos (Twins Study en inglés).  En el estudio participaron dos astronautas gemelos: los hermanos Kelly.  La selección de los hermanos gemelos como participantes del estudio no era aleatoria: los investigadores querían aprovechar su programación genética idéntica (característica de los gemelos monocigóticos), para realizar una estimación precisa del efecto de la exposición al espacio exterior a una persona. Uno de los gemelos, Mark Kelly, permanecería en tierra durante los 340 días del experimento, mientras que el otro, Scott Kelly, formaría parte de diversas expediciones en la Estación Espacial Internacional. A efectos prácticos sería como tener a la misma persona (genéticamente hablando) en tierra y en el espacio y sería más sencillo identificar diferencias asociadas principalmente a la estancia en el espacio.

A lo largo de casi un año equipo monitorizó diversas características en ambos hermanos y comparó los resultados obtenidos para determinar cómo había afectado el largo periodo en el espacio a uno de los hermanos.  Tras años de intenso análisis de toda la información fisiológica y de los datos moleculares ( bioquímicos, proteómicos, metabolómicos, genéticos y transcriptómicos) que fueron recopilados a partir de las 183 muestras de sangre de los gemelos, los resultados han sido publicados recientemente en la revista Science.

En líneas generales, los investigadores detectaron cambios en Scott Kelly, el hermano en la Estación Espacial Internacional, en muchas de las características analizadas. No obstante, la mayoría de los cambios se restituyeron al estado anterior al inicio del viaje espacial una vez finalizado el estudio.

Uno de los hallazgos más inesperados del estudio es el relativo a la longitud telomérica. Los telómeros son las estructuras terminales de los cromosomas, responsables de proteger los extremos y mantener su estabilidad. La longitud de los telómeros se reduce con la edad y el estrés y es un marcador de envejecimiento. Ante la exposición de Scott Kelly a la radiación del espacio y al estrés propio de la situación, los investigadores esperaban encontrar una reducción en la longitud de los telómeros de sus células sanguíneas. Sin embargo, lo que detectaron es que los telómeros del astronauta mostraban una mayor longitud durante su estancia en el espacio, disminuían tras su retorno a la Tierra y recuperaban la longitud normal pocos meses después.

“Esto no es lo que esperábamos porque pensarías que los telómeros se acortarían con el estrés”, señala Scott M Smith, director del laboratorio donde se analizaron las muestras. “Sin embargo, su estado nutricional mejoró durante el vuelo y su masa corporal se redujo, lo que correlaciona con el alargamiento de los telómeros. Es emocionante pero también realidad. La nutrición afecta virtualmente a todos los sistemas del organismo”.

Otro resultado interesante del estudio es el hecho de que el sistema inmunitario responde adecuadamente a la vacunación en el espacio. El astronauta Scott Kelly recibió una vacuna frente a la gripe durante su estancia en la Estación Espacial Internacional, convirtiéndose en la primera persona en recibir una vacuna en el espacio. Tras la vacunación el sistema inmunitario del astronauta reaccionó según lo esperado, lo que es un resultado muy prometedor para los viajes espaciales de larga duración, ya que implica que si un astronauta necesitara una vacuna, esta podría ser administrada.

Si el genoma humano contiene la información genética necesaria para el desarrollo y funcionamiento de una persona, el epigenoma es el conjunto de mecanismos reguladores que facilitan la interpretación y ejecución de las instrucciones genéticas. Los mecanismos epigenéticos actúan a menudo como un nexo de unión entre el ambiente y los genes. Así, aunque en esencia, los dos hermanos Kelly comparten su ADN, su epigenoma puede verse modificado en función de sus experiencias, o de los factores ambientales a los que son expuestos los dos hermanos. Los investigadores analizaron el epigenoma de ambos gemelos a lo largo del experimento y detectaron cambios en los patrones de metilación, algunos de los cuales han permitido identificar genes relacionados con la respuesta al ambiente de la experiencia espacial.

Otra de las características moleculares para las que se obtuvieron diferencias en el hermano en el espacio respecto al gemelo que permaneció en tierra es la expresión génica. Los investigadores detectaron cambios en la expresión de ciertos genes antes, durante y después del viaje en ambos hermanos. En el caso de Scott, los cambios observados revirtieron a la normalidad tras su vuelta a la Tierra, aunque los investigadores detectaron algunos cambios de expresión permanentes, que suponen asociados a daños en el ADN ocurridos por la radiación. Además, los cambios de expresión observados a lo largo del experimento apoyan otros resultados del estudio como la regulación de la longitud de los telómeros o la respuesta al daño del ADN.

“El estudio Gemelos ha supuesto un importante paso hacia la comprensión de la epigenética y expresión génica en los vuelos espaciales humanos”, ha señalado JD Polk, director médico en el cuartel general de la NASA. “Gracias a los hermanos gemelos y a un cuadro de investigadores que han trabajado juntos sin descanso, los valiosos datas recopilados en el Estudio Gemelos han ayudado a informar sobre la necesidad de medicina personalizada y su papel en mantener a los astronautas saludables durante la exploración del espacio profundo, conforme la NASA va más allá de la Luna y viaja hacia Marte”.

Los resultados del trabajo, primeros en su línea, proporcionan información muy relevante para el futuro de los viajes espaciales: permiten empezar a conocer cómo se adapta el cuerpo humano a las condiciones no óptimas del espacio y ofrecen claves sobre cómo abordar las misiones de larga duración.

“Durante un viaje espacial se produce un conjunto de cambios fisiológicos y celulares”, señala Jennifer Fogarty, directora científica del Programa de Investigación  Humana en el Centro Espacial de la Nasa en Houston. “Solo hemos arañado la superficie del conocimiento sobre el cuerpo en el espacio. El Estudio Gemelos nos ha proporcionado la primera visión molecular integrada de los cambios genéticos y ha demostrado cómo se adapta un cuerpo humano y permanece fuerte y resiliente incluso después de pasar un año a bordo de la Estación Espacial Internacional”.

Referencia: Garrett-Bakelman FE, et al. The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science. 2019. Doi:  10.1126/science.aau8650

Fuentes y más información: https://www.nasa.gov/twins-study