Scott Kelly a passé un an en orbite, son corps n’est pas tout à fait le même

Les scientifiques de la NASA ont comparé l’astronaute à son jumeau terrestre, Mark. Les résultats suggèrent ce que les humains vont devoir subir lors de longs voyages dans l’espace.

Pendant 340 jours, Scott Kelly a fait le tour de la Terre à bord de la Station spatiale internationale, recueillant des informations sur lui-même.

Il a tiré du sang de ses bras. Il a sauvé son urine. Il a joué à des jeux informatiques pour tester sa mémoire et sa vitesse de réaction. Il a mesuré la forme de ses yeux.

Deux cent quarante milles plus bas, le frère jumeau de M. Kelly, Mark, également astronaute, a effectué des tests identiques. À présent, une comparaison de ces deux hommes a fourni une occasion unique d’apprendre ce qui se passe dans le corps humain dans l’espace, jusqu’au niveau moléculaire.

Jeudi, un peu plus de trois ans après le retour sur Terre de M. Kelly, âgé de 55 ans, des chercheurs de la NASA ont annoncé que son corps avait subi de nombreux changements en orbite. L’ADN a muté dans certaines de ses cellules. Son système immunitaire a produit une foule de nouveaux signaux. Son microbiome a gagné de nouvelles espèces de bactéries.

Beaucoup de ces changements biologiques semblaient anodins et disparaissaient après son retour sur Terre. Mais d’autres, notamment des mutations génétiques et, après son retour, une baisse des résultats aux tests cognitifs, ne se sont pas corrigés, suscitant l’inquiétude des scientifiques.

Certains considéraient que les risques étaient gérables, tandis que d’autres se demandaient s’il serait toujours prudent pour les astronautes de faire de longs voyages vers Mars ou au-delà. Les réponses finales dépendront des études d’autres astronautes.

«Je pense que c’est l’évaluation la plus complète sur l’homme à ce jour», a déclaré le Dr Eric Topol, directeur du Scripps Research Translational Institute, qui n’a pas participé à l’étude. « Je ne sais pas s’il y a quoi que ce soit près de ça. »

Bien que les astronautes soient transportés en altitude depuis près de six décennies, les scientifiques ne comprennent toujours pas la vie dans l’espace. Avec des enquêtes telles que la NASA Twins Study, publiée dans la revue Science, l’agence espère répondre à certaines des questions avant d’envoyer des astronautes sur des vols plus longs.

En 2012, la NASA a chargé M. Kelly de rejoindre le cosmonaute russe Mikhail Kornienko à bord de la station spatiale pour un examen annuel des défis du voyage dans l’espace, deux fois plus long que les études précédentes.

Dans la période qui a précédé l’annonce de la mission, M. Kelly a demandé aux responsables s’ils prévoyaient de le comparer à son jumeau. «Nous avons ces deux types génétiquement identiques», se souvient M. Kelly. « Ils feraient une expérience intéressante. »

Les fonctionnaires n’avaient pas de tels projets, mais ont rapidement décidé de l’accepter. Mark Kelly a accepté et l’étude NASA Twins était née. (Mark Kelly, qui a pris sa retraite de la NASA en 2011 et qui est le mari de l’ancienne représentante Gabrielle Giffords, se porte candidat au siège du Sénat de John McCain en Arizona.)

En comparant les deux frères, la NASA espérait mieux comprendre les changements qu’a connus Scott Kelly au cours de sa mission.

« Le fait qu’ils soient jumeaux réduit vraiment les solutions de rechange », a déclaré Susan Bailey, biologiste du cancer à la Colorado State University et co-auteur de la nouvelle étude. « Nous pouvons dire que, autant que nous puissions en juger, ces changements sont dus au vol spatial. »

Dix équipes de recherche ont conçu des expériences pour les jumeaux. ils sont susceptibles d’apporter une avalanche de recherches. Mais pour M. Kelly, l’expérience ne semblait pas très différente de celle des missions précédentes.

Tirer son propre sang en apesanteur, par exemple, était une routine familière. «J’ai eu quelques pertes de temps dans mon temps», a déclaré M. Kelly. « Vous venez de tendre la main et attraper les gouttes de sang. »

Les scientifiques ont finalement découvert, à bien des égards, que M. Kelly avait changé à peu près autant que les astronautes qui ne restaient dans la station spatiale que six mois. Finalement, le rythme des changements biologiques a ralenti, suggérant que le corps humain pourrait atteindre un nouvel équilibre dans l’espace.

Mais le corps de M. Kelly a également été modifié de manière surprenante.

Le Dr Bailey a étudié des sections spéciales de son ADN appelées télomères, situées à l’extrémité des chromosomes, les protégeant de leur détérioration.

À mesure que les gens vieillissent, leurs télomères ont tendance à être plus courts. Le stress – tel que les radiations ou la pollution – peut accélérer le vieillissement en effaçant les télomères encore plus rapidement que d’habitude.

Étrangement, la longueur moyenne des télomères de M. Kelly a augmenté dans l’espace plutôt que de diminuer, comme si ses cellules étaient en train de rajeunir.

Une activité physique régulière et une alimentation saine pourraient en faire partie. Mais aller dans l’espace aurait également pu réveiller une population silencieuse de cellules souches dans le corps de M. Kelly, a déclaré le Dr Bailey.

En d’autres termes, ses cellules pourraient ne pas avoir développé de télomères plus longs. Au lieu de cela, son corps a peut-être fabriqué une nouvelle réserve de jeunes cellules avec des télomères plus longs.

Gènes activés

Aller dans l’espace a également semblé déclencher un changement génétique chez M. Kelly. Des milliers de gènes auparavant silencieux ont augmenté leur activité – des gènes qui sont restés silencieux dans le corps de Mark Kelly sur Terre. Plus Scott Kelly est resté longtemps en l’air, plus nombreux sont les gènes qui deviennent actifs.

On sait que certains des gènes réveillés codent des protéines qui aident à réparer l’ADN endommagé. Cela aurait du sens, étant donné que les niveaux de rayonnement dans la Station spatiale internationale sont plus élevés que sur Terre.

Christopher Mason, un généticien de Weill Cornell Medicine à New York, a estimé que M. Kelly avait été exposé à une radiation 48 fois supérieure à l’exposition moyenne sur Terre sur une année. Ses cellules auraient peut-être été occupées à réparer une blessure par radiation.

Un certain nombre d’autres gènes activés jouent cependant un rôle dans le système immunitaire. Ce qui déclenche exactement ces changements n’est pas clair.

Ce peut être le stress général de la vie dans la station spatiale qui provoque une réponse immunitaire. Mais des études récentes ont également montré que des virus latents peuvent se réveiller chez les astronautes.

Ou peut-être est-ce que le système immunitaire, qui n’a jamais évolué pour survivre dans l’espace, se confond tout simplement.

« Est-ce bon ou mauvais? Nous savons juste que c’est plus », a déclaré le Dr Mason, co-auteur de la nouvelle étude, sur l’activité immunitaire. « Pour en être sûr, nous aurions besoin de plus d’astronautes. »

Le retour sur Terre de M. Kelly le 1er mars 2016 s’est révélé être l’un des moments les plus importants – sur le plan biologique – de toute la mission. Son corps présentait des signes de stress intense et son système immunitaire était à toute vitesse.

Michael Snyder, généticien à l’Université de Stanford et co-auteur de la recherche, a averti que cette réponse pourrait ne pas être typique. « Peut-être qu’il a eu une infection virale », a-t-il spéculé. « C’est pourquoi vous voulez le voir dans plus de gens. »

Malgré ce choc, le corps de M. Kelly est généralement retourné à l’état de contrôle en amont. Certaines espèces de bactéries qui se sont développées dans son intestin pendant qu’il était dans l’espace, par exemple, sont devenues rares à nouveau sur son atterrissage.

L’allongement étrange des télomères de M. Kelly a disparu après moins de 48 heures sur Terre. En fait, la D re Bailey et ses collègues ont commencé à trouver de nombreuses cellules contenant des télomères plus courtes qu’avant la venue de M. Kelly dans l’espace.

«Les gens m’ont demandé :  » Est-ce que ça va espacer la fontaine de Jouvence ? « , a déclaré le Dr Bailey. “Je ne pense pas. Si c’est le cas, vous devrez rester là-bas pour toujours.

‘Combattre à travers les sables mouvants’

Certains aspects de la biologie de M. Kelly ne sont pas revenus à la norme de contrôle en amont.

Six mois après son retour sur Terre, 8,7% de ses gènes avaient encore un comportement altéré. À en juger par la petite taille de ce changement, M. Snyder a qualifié le changement de modeste.

Les chercheurs ont également constaté que M. Kelly n’avait pas aussi bien réussi son examen cognitif. «Il est devenu plus lent et moins précis dans presque tous les tests», a déclaré le Dr Mathias Basner, scientifique en sciences cognitives à l’Université de Pennsylvanie.

Il est possible que certains changements biologiques soient à l’origine du problème. Mais le Dr. Basner a noté que M. Kelly avait également été confronté à de nombreuses demandes sur Terre, notamment à un calendrier chargé d’interviews télévisées et de prises de parole en public.

Et sur un plan inconscient, il n’est peut-être plus capable de se pousser. « Je veux dire, il a pratiquement pris sa retraite au moment où il a touché le sol, et peut-être qu’il n’était plus aussi motivé », a déclaré le Dr Basner.

Dans son mémoire de 2017, «Endurance», M. Kelly décrit ses difficultés après son retour causées par la douleur, les troubles du sommeil et d’autres problèmes. Une nuit, il a eu l’impression de «lutter contre les sables mouvants», a-t-il écrit.

Dans une interview , M. Kelly a émis l’hypothèse que ces difficultés pourraient être à l’origine de ses résultats cognitifs. «Il est difficile de se concentrer quand on ne se sent pas bien», a-t-il déclaré.

Les scientifiques ont constaté qu’un autre changement durable avait été une collection de mutations génétiques que M. Kelly avait acquises dans l’espace. «Nous les voyons apparaître en vol, puis ils ont persisté par la suite», a déclaré le Dr Mason.

Parfois, les radiations déclenchent un type de mutation qui rend les cellules susceptibles d’acquérir encore plus de mutations lorsqu’elles se divisent. Finalement, les cellules pourraient commencer à se développer de manière incontrôlable – «en prenant des mesures sur la voie du cancer», a déclaré le Dr Bailey.

Peter Campbell, biologiste du cancer au Wellcome Sanger Institute en Grande-Bretagne, qui n’a pas participé à la nouvelle étude, a déclaré que les scientifiques ne pouvaient prédire ce que les mutations supplémentaires signifieraient pour la santé de M. Kelly.

«Il est difficile d’en être sûr, mais je pense que ce genre de chiffres serait associé à une augmentation modérée du risque de cancer», a-t-il déclaré.

Ces deux changements persistants – dans les connaissances et l’ADN de M. Kelly – ont inquiété un certain nombre d’experts quant aux risques d’un voyage sur Mars , ce qui pourrait prendre un an.

Gary Strangman, psychologue à la Harvard Medical School, a déclaré qu’une diminution de la vitesse et de la précision « pourrait potentiellement avoir des conséquences graves sur les missions de longue durée ».

Après un voyage éprouvant sur la planète rouge, les astronautes devraient probablement prendre des mesures rapides et précises lors de leur atterrissage.

«Si vous aviez une période de ralentissement du traitement cognitif et des difficultés d’équilibre et de coordination œil-tête, ces comportements seraient menacés», a déclaré Rachael Seidler, neuroscientifique cognitive à l’Université de Floride.

Une lourde charge de mutations génétiques ne présenterait pas de danger immédiat pour les astronautes lors de leurs missions, mais pourrait augmenter les risques de cancer tout au long de leur vie.

M. Mason a estimé qu’une mission sur Mars exposerait un astronaute à huit fois plus de radiations que M. Kelly.

« Tout doit être mis en oeuvre pour limiter l’exposition des astronautes lors de voyages spatiaux prolongés », a déclaré Charles Swanton, biologiste du cancer à l’Institut Francis Crick en Grande-Bretagne, qui n’a pas participé à la nouvelle étude.

Le Dr Topol, du Scripps Institute, a estimé que l’expérience de M. Kelly était lourde de conséquences.

« La principale conclusion que je tire de cet article, basée sur toutes les données objectives, est pourquoi quiconque voudrait aller sur Mars ou être dans l’espace ? », a-t-il déclaré. « Parce que c’est vraiment effrayant. »

Jerry Shay, biologiste cellulaire au Southwestern Medical Center de l’Université du Texas, était beaucoup plus optimiste. Il espérait des contre-mesures pour protéger les astronautes.

Déjà, avec ses collègues, par exemple, il teste des médicaments pour inciter les cellules à réparer l’ADN endommagé par les radiations. «Je pense que tous ces problèmes peuvent être résolus», a déclaré le Dr Shay.

La NASA a commencé à analyser tous ces résultats pour aider à planifier la prochaine série de missions à destination de la Station spatiale internationale.

« Ce ne sera pas une réplique de ce que vous avez vu dans l’étude Twins », a déclaré Jennifer Fogarty, scientifique en chef du programme de recherche sur les humains de la NASA.

«Nous allons apprendre de cela et nous allons être plus intelligents sur les questions que nous posons. Il y a beaucoup de choses fascinantes à mesurer. Ce n’est pas clair ce que cela signifie. »

Le Dr Bailey, de son côté, prévoit de continuer à étudier les télomères déroutants de M. Kelly. Résoudre ce mystère pourrait faire la lumière sur le vieillissement ordinaire et les maladies qu’il entraîne.

«Lorsque nous déterminerons le pourquoi et le comment de cette opération, ce sera important pour les astronautes ainsi que pour nous, simples terriens», a-t-elle déclaré.