Twin study: come si adatta il corpo umano nello spazio

La presenza umana nello spazio è in costante crescita. Diverse realtà, governative e private, si affacciano oltre l’orizzonte del nostro pianeta alla ricerca di conoscenza, sfide e risorse. La Cina ha una propria stazione spaziale, la Tiangong-2, la ISS, l’avamposto internazionale in orbita bassa si avvia a festeggiare 20 anni di permanenza umana nello spazio, la Luna nei prossimi decenni potrebbe ospitare, in orbita e sulla superficie, diverse basi, e gli sforzi per portare l’uomo su Marte – stiamo parlando di viaggi lunghi anni – vanno via via intensificandosi.

Due gemelli a confronto. Per essere certi di riuscire ad affrontare tutte le sfide che ci troviamo davanti è di vitale importanza capire come l’uomo reagisca alla mancanza di peso per lunghi periodi. La NASA, attraverso lo Human Research Program, da anni cerca di capire quali cambiamenti avvengono nel corpo umano in un ambiente confinato, senza peso e radioattivo come può essere una navicella spaziale in viaggio verso un altro pianeta. La summa di queste ricerche ha visto due gemelli, Scott e Mark Kelly, entrambi astronauti, condividere un obiettivo comune per un anno, a 400 km di distanza l’uno dall’altro, la stessa distanza che c’è in orizzontale fra Milano e Roma, ma con differenze decisamente più sostanziali rispetto a quelle fra la “Madunina” e il Colosseo . Scott a galleggiare in orbita a bordo della ISS per 342 giorni, Mark sulla Terra a fare da termine di paragone per il fratello. Entrambi costantemente monitorati così da poter scoprire quali cambiamenti avvengono nel corpo umano durante e dopo una permanenza prolungata nello spazio.

I test. Dopo 3 anni di analisi degli innumerevoli dati raccolti sono stati pubblicati i risultati del più lungo esperimento umano fuori dall’atmosfera terrestre, con risultati interessanti, sorprendenti e rassicuranti. 10 team si sono concentrati su altrettanti aspetti dello stato di Scott, comparandoli con quelli di Mark.

– Telomeri: alla fine di ogni filamento di DNA si trovano i telomeri, una parte speciale del nostro codice genetico posizionato ai suoi estremi e che protegge il cromosoma dal deterioramento o dalla fusione con cromosomi confinanti, un po’ come i cilindretti di plastica alla fine dei lacci delle scarpe evitano che si sfaldino. Il ruolo dei telomeri nell’invecchiamento e nella replicazione del DNA è di forte interesse per gli studi di settore e il “Twin study” non fa eccezione. I telomeri di Scott durante il periodo in orbita si sono allungati del 14% rispetto a quelli del fratello. Una scoperta che aumenta l’interesse verso questa parte del nostro codice genetico. Una volta tornato sulla Terra però la loro lunghezza, entro sole 48 ore, è tornata nei valori standard.

– Sistema immunitario: scoprire se e come il sistema immunitario sia influenzato dai voli spaziali è di fondamentale importanza e i risultati ottenuti sono incoraggianti. Scott si è sottoposto a 3 vaccinazioni, una prima, una durante (la prima vaccinazione nello spazio) e una dopo il volo. In tutti i casi il sistema immunitario di Scott ha reagito correttamente, una buona notizia in vista soprattutto di futuri lunghi viaggio in cui una malattia potrebbe essere problematica.

– Espressione genica: il processo che permette al DNA di formare le proteine ha subito alcuni cambiamenti in Scott, cambiamenti che per la maggior parte sono tornati alla normalità entro 6 mesi dal ritorno sulla Terra. Si ritiene che questi cambiamenti siano avvenuti a causa delle radiazioni. Questi risultati saranno molto utili per capire come il corpo umano si adatta ad ambienti stressanti per l’organismo umano e aiuteranno i ricercatori a comprendere meglio la fisiologia umana nello spazio.

– Cognizione: le capacità cognitive sembrano rimanere inalterate dopo una lunga permanenza in orbita, l’acutezza mentale, la capacità di orientarsi e muoversi nello spazio e il riconoscimento delle emozioni non hanno subito sostanziali variazioni. Al ritorno sulla Terra, però, la velocità e l’accuratezza di Scott hanno impiegato più tempo per riassestarsi rispetto a quelle di astronauti che sono rimasti nello spazio minor tempo.

– Biochimica: la massa corporea di Scott è diminuita del 7%, una variazione imputabile però più all’alimentazione controllata e al costante esercizio fisico che all’ambiente.

– Microbioma: l’universo di batteri che abita il nostro sistema digerente è di grande importanza per il nostro benessere. Quello degli astronauti non è da meno. Durante la missione il microbioma di Scott è cambiato radicalmente, probabilmente a causa dell’alimentazione a base di cibi precotti e sottovuoto. Anche questo cambiamento si è rivelato temporaneo, una volta atterrato, il microbioma è tornato alla normalità. Questo risultato è di fondamentale importanza per modulare le diete degli astronauti in modo da mantenere un sano sistema digerente.

– Epigenetica: i cambiamenti genetici dovuti all’ambiente influenzano come il DNA gestisce molte reazioni biochimiche del corpo umano. Se per i primi sei mesi le differenze fra i due gemelli erano trascurabili, nel periodo successivo è stato possibile rilevare cambiamenti nei globuli bianchi di Scott, tornati poi alla normalità una volta atterrato. Si tratta di modifiche importanti che sarà necessario studiare a fondo per meglio comprendere se queste variazioni possono avere conseguenze anche sul lungo termine.

– Metabolomica: in questo ambito ci si è concentrati sul restringimento dei vasi sanguigni, in particolare della carotide di Scott che ha mostrato un restringimento durante e dopo la missione. Sarà necessario monitorare le condizioni dell’astronauta americano per gli anni a venire per capire se ci saranno conseguenze per la sua salute.

– Proteomica: il focus di questa indagine era su come si comportano i fluidi corporei in assenza di peso. In particolare, sulla struttura degli occhi e sulle proteine contenute nelle urine. Una di queste, AQP2, che gioca un ruolo importante nel riassorbimento dei liquidi, ha avuto un picco durante la missione di Scott. Questi dati potranno aiutare a capire perché la vista degli astronauti (in particolare maschi) peggiora nello spazio.

– Multiomica: l’ultimo team ha raccolto tutti i dati degli altri team cercando di considerare come potessero influenzarsi l’un l’altro per produrre uno studio longitudinale sulle conseguenze del volo spaziale sul corpo umano. Da questa analisi sono state individuate 3 indicatori di infiammazione nel corpo di Scott.

Comprendere il nostro corpo, non solo nello spazio. Questo studio, che ha visto la collaborazione di decine e decine di ricercatori, è il primo del suo tipo, un compendio molto complesso su cosa significhi per il corpo umano vivere nello spazio. Una ricerca che ha piazzato la prima pietra verso una maggiore comprensione del nostro corpo, non solo per scopi relegati all’ambito spaziale ma anche applicabili sul nostro pianeta. I risultati di questi studi, infatti, aprono il campo ad una serie di nuovi approfondimenti sulla complessa fisiologia umana in generale. Lo studio sui telomeri potrebbe, ad esempio, rivelarsi utile per affrontare la sfida all’invecchiamento, mentre quello sul comportamento dei fluidi corporei potrebbe svelare nuove dinamiche interne in seguito ad eventi traumatici come incidenti stradali.