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Biotecnología

Seis misteriosos efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo

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El mayor estudio sobre la salud de los astronautas ofrece nuevas pistas sobre el impacto de la microgravedad y la radiación en el organismo, que ayudarán a planificar mejor futuras misiones de larga duración. El que más ha sorprendido a los científicos es la disfunción de la actividad mitocondrial

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 30 Noviembre, 2020

El famoso astronauta Scott Kelly vivió y trabajó en la Estación Espacial Internacional (EEI o ISS, por sus siglas en inglés) durante 340 días, la estancia más larga de un estadounidense en el espacio. Su misión proporcionó a los científicos datos cruciales sobre lo que le sucede al cuerpo humano durante períodos de largos tiempo en órbita. También fue clave que Kelly tiene un hermano gemelo idéntico, Mark (también astronauta y que pronto será senador de Estados Unidos).

Los gemelos Kelly ofrecieron a los científicos una oportunidad única: mientras estudiaban lo que le ocurrió al cuerpo de Scott durante su año en el espacio, tuvieron la ventaja de un sujeto de control, Mark, que se había quedado en la Tierra.

El estudio de los hermanos gemelos de la NASA proporcionó más pruebas de lo que ya nos imaginábamos. Resulta que, en una reducida cápsula bajo microgravedad y exposición prolongada a la radiación, el sistema inmunológico acaba afectado, los ojos cambian a peor y ocurre una importante pérdida de masa muscular y ósea.

Pero también aprendimos algunos efectos sorprendentes. Kelly experimentó cambios en su flora intestinal, sus habilidades cognitivas se ralentizaron, ciertos genes se desactivaban y se activaban, y sus cromosomas sufrieron cambios estructurales. 

El profesor asociado de fisiología y biofísica en Weill Cornell Medicine (EE. UU.) Christopher Mason detalla: "El estudio de los gemelos dio una primera idea de las respuestas moleculares del cuerpo humano a los vuelos espaciales, pero estas líneas generales se tenían que completar. Los cambios que habíamos detectado requerían más contexto y replicación. Necesitábamos investigaciones adicionales para trazar la frecuencia de los cambios que habíamos observado en otros astronautas y en otros organismos que habían ido al espacio, y también para comprobar si el grado de cambio era similar en misiones más cortas".

Eso nos lleva a un nuevo conjunto de investigación basado en el estudio de los gemelos, que ha vuelto a analizar algunos de los datos originales con nuevas técnicas y ha realizado comparaciones con otros astronautas. En un total de 19 artículos publicados recientemente en varias revistas diferentes (junto con 10 preprints aún en fase de revisión por pares), los investigadores como Mason (el autor principal de 14 de los artículos) analizaron los cambios fisiológicos, bioquímicos y genéticos que habían ocurrido en 56 astronautas (incluido Kelly) después de haber pasado tiempo en el espacio. Se trata del mayor estudio de este tipo en la historia. 

Los nuevos artículos, que incorporan resultados de técnicas de creación de perfiles celulares y secuenciación genómica (cuya realización es cada vez más fácil recientemente), revelan que "hay algunas características de los vuelos espaciales que aparecen constantemente en humanos, ratones y otros animales cuando se van al espacio", afirma Mason, y añade: "Parece haber un conjunto básico de adaptaciones y respuestas de mamíferos a los rigores de los vuelos espaciales". 

Lo bueno, lo malo y lo inexplicable

Los investigadores destacan seis cambios biológicos que ocurren en todos los astronautas durante el vuelo espacial: estrés oxidativo (una acumulación excesiva de radicales libres en las células del cuerpo), daños en el ADN, disfunción de las mitocondrias, cambios en la regulación de genes, modificaciones en la longitud de los telómeros (los extremos de los cromosomas, que se acortan con la edad) y alteraciones en la flora intestinal. 

De estos seis cambios, el mayor y el más sorprendente para los científicos fue la disfunción mitocondrial. Las mitocondrias tienen un papel fundamental en la producción de la energía química necesaria para mantener funcionales celulares y, por extensión, los tejidos y los órganos. Los investigadores encontraron un funcionamiento mitocondrial irregular en docenas de astronautas y pudieron describir ampliamente estos cambios gracias a las nuevas técnicas genómicas y proteómicas. 

El bioinformático de la NASA y autor principal de uno de los estudios, Afshin Beheshti, cree que la supresión mitocondrial explica cuántos de los problemas que experimentan los astronautas (como deficiencias del sistema inmunológico, alteración del ritmo circadiano y complicaciones orgánicas) en realidad están relacionados entre sí de manera holística, ya que todos dependen de las mismas vías metabólicas.

El investigador afirma: "Cuando alguien está en el espacio, no es solo un órgano el que acaba afectado, es todo el cuerpo. Hemos empezamos a conectar los puntos".

Otras investigaciones se centraron en los problemas observados a nivel genético. El estudio de los gemelos mostró que los telómeros de Kelly se habían alargado en el espacio antes de volver a longitudes normales o incluso más cortas poco después de su regreso a la Tierra. Se supone que los telómeros se acortan con la edad, por lo que el alargamiento tiene poco sentido, y el estudio de los gemelos no proporcionó datos suficientes para sacar conclusiones reales sobre por qué sucedió eso y cuáles habían sido los efectos. 

La experta en investigación de telómeros de la Universidad Estatal de Colorado (EE. UU.) y autora principal de varios de los artículos, Susan Bailey, afirma que la nueva investigación encontró que otros 10 astronautas habían experimentado el mismo alargamiento de telómeros que el de Kelly, independientemente de la duración de su misión, así como el mismo acortamiento de telómeros al volver a la Tierra. 

En especial, uno de los artículos del nuevo conjunto de estudios encontró que los telómeros más largos también se habían detectado en los escaladores del Monte Everest. Para Bailey y sus colegas, esto sugiere que el alargamiento de los telómeros se ve afectado por el estrés oxidativo, algo que tanto los escaladores como los astronautas experimentan y que altera el mantenimiento adecuado de los telómeros. 

Extracción de sangre de Akihiko Hoshide

Foto: El astronauta Akihiko Hoshide extrae sangre de su vena en la EEI. Créditos: NASA

Todavía están intentando precisar cómo funcionan estas vías y cuáles podrían ser las consecuencias exactas (probablemente no sea un secreto para la longevidad), pero, Bailey añade: "Ahora tenemos una base sobre la que podemos construir: sabemos qué podemos esperar y qué debemos tener en cuenta para los futuros astronautas en las misiones de exploración de larga duración [del espacio profundo]". 

Aunque algunos de los cambios son inesperados, muchos no generan demasiada preocupación. El director del Centro de Medicina Espacial del Baylor College of Medicine (EE. UU.), Jeffrey Sutton, que no participó en la nueva investigación, señala:  "Lo que me sorprende es lo bien que nos adaptamos al espacio".

Las mutaciones de las células sanguíneas de Kelly disminuyeron mientras estaba en el espacio (una sorpresa total para Mason). Los astronautas también tuvieron niveles menores de los biomarcadores asociados con el envejecimiento y se notó el aumento del nivel de microARN que regula la respuesta del sistema vascular al daño por radiación y la microgravedad. Uno de los hallazgos más extraños fue que los microbiomas intestinales de los astronautas lograron traer a la Tierra los microbios espaciales que se encontraban en la EEI.

Sutton opina: "Los estudios, tanto individuales como en conjunto, son realmente impresionantes. Hemos entrado en una nueva era de investigación biomédica espacial, donde se aplican los enfoques y las herramientas de la medicina de precisión y traslacional para mejorar nuestra comprensión de la adaptación humana al espacio".

Preocupaciones a largo plazo

Sin embargo, en última instancia, los datos resaltan con cuántos estragos y estrés soportan incluso los cuerpos más sanos durante las misiones espaciales, lo que debería influir en la planificación de las misiones más largas. Scott Kelly opina: "No creo que estemos cerca de enviar a personas no entrenadas al espacio durante períodos de tiempo realmente largos". 

Considera que, probablemente, enviar a personas a un viaje a Marte de ida y vuelta resulte seguro a nivel fisiológico. Pero, en un futuro lejano, sugiere que "en vez de ir a Marte, iremos a las lunas de Júpiter o Saturno", y añade: "Eso significa estar en el espacio durante años. Y ahí es cuando tendremos que analizar más de cerca la gravedad artificial como mitigación. No me gustaría llegar a la superficie de otro cuerpo planetario y no poder funcionar. Un año más o menos es viable. Varios años probablemente no".

Foto: Scott Kelly utiliza ultrasonido para obtener imágenes de su vena yugular con la ayuda de Gennady Padalka, con el fin de valorar la efectividad de la contramedida de presión negativa en la parte inferior del cuerpo utilizada para revertir el desplazamiento de líquido hacia la cabeza que ocurre en el entorno de ingravidez del espacio. Créditos: NASA

Todavía estamos lejos de tener que evaluar ese tipo de riesgos. Mason y sus colegas sugieren que debería haber estrategias farmacológicas para reducir el impacto de la gravedad en los cuerpos de los astronautas que regresan. 

Sutton cree que la medicina de precisión podría tener un papel muy importante en la creación de esos medicamentos para proteger a los astronautas contra los efectos de la microgravedad y la radiación. Y las respuestas biológicas compartidas entre los astronautas y los escaladores del Monte Everest sugieren que algunas intervenciones utilizadas para proteger a los atletas de deportes extremos del estrés oxidativo también podrían aplicarse a los astronautas. 

Lo que necesitamos son más datos y más personas para poder comparar. Mason, Bailey y sus colegas han empezado a reunir los perfiles celulares y genéticos de más astronautas, especialmente de aquellos que irán en futuras misiones de un año de duración. También quieren estudiar a las personas que, de alguna manera, han experimentado otras condiciones similares a los vuelos espaciales, como los pacientes de radioterapia, pilotos y auxiliares de vuelo

Bailey concluye: "Cuanto más sepamos sobre los efectos en la salud de los vuelos espaciales de larga duración, mejor podremos ayudar a mantener la salud y el rendimiento de los astronautas durante y después del vuelo espacial. Este conocimiento también beneficia a los que estamos en la Tierra; a todos nos preocupa envejecer y tener mala salud".

Biotecnología

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