Em um estudo marcante, um grupo de cientistas americanos da Johns Hopkins, A Universidade de Stanford e outras instituições não encontraram nenhuma duradoura, principais diferenças entre os epigenomas do astronauta Scott Kelly, que passou um ano no espaço a bordo da Estação Espacial Internacional, e seu irmão gêmeo, Marca, que permaneceu na Terra.

O que este estudo nos diz sobre os perigos das viagens espaciais no genoma de uma pessoa não está claro, dizem os cientistas, mas a pesquisa sobre astronautas adicionais no espaço pode eventualmente ajudar os cientistas a prever os tipos de riscos médicos que eles podem enfrentar em longas viagens espaciais onde as pessoas experimentam menos gravidade do que na Terra, exposição a raios ultravioleta nocivos e outros riscos para a saúde.

"Este é o amanhecer da genômica humana no espaço, "diz Andrew Feinberg, M.D., o distinto professor de medicina da Bloomberg, Engenharia Biomédica e Saúde Mental na Universidade Johns Hopkins. "Desenvolvemos os métodos para fazer esses tipos de estudos genômicos humanos, e deveríamos fazer mais pesquisas para tirar conclusões sobre o que acontece aos humanos no espaço. "

As mudanças epigenéticas envolvem "ajustes" químicos no DNA que podem influenciar a atividade do gene, mas as mudanças não afetam o próprio código genético subjacente. As mudanças afetam quando e como um gene é lido, ou expresso, para suas instruções de codificação de proteínas. Quando as mudanças epigenéticas ocorrem na hora ou local errado, o processo pode ligar ou desligar genes na hora e local errados, também.

Os cientistas há muito monitoram e estudam os efeitos fisiológicos das viagens espaciais nos astronautas. Contudo, a maioria desses astronautas viajam em missões espaciais de seis meses ou menos, não as missões mais longas necessárias para viajar a Marte ou em outro lugar. Mais pesquisas são necessárias para entender o impacto de longas missões de voos espaciais no corpo humano, onde há mais exposição à radiação, dieta restrita, menos exercício, menor gravidade e ciclos de sono interrompidos.

Feinberg observa que estudar gêmeos idênticos - quem, por natureza, têm o mesmo material genético - foi uma oportunidade importante e rara de comparar as mudanças fisiológicas e genômicas quando um gêmeo foi para o espaço e o outro permaneceu na Terra. "Contudo, uma vez que temos apenas duas pessoas em nosso estudo, não podemos dizer que essas mudanças são devido à própria viagem espacial, "diz Feinberg." Precisamos de mais estudos de astronautas para tirar essas conclusões. "

Para o estudo, descrito na edição de 12 de abril de Ciência , cientistas coletaram amostras de sangue, dados fisiológicos e medidas cognitivas de Scott e Mark Kelly em vários momentos ao longo de 27 meses antes, durante e após a missão espacial de um ano de Scott. As amostras de Scott durante o vôo foram coletadas na estação espacial quando as cargas da Terra chegaram em um foguete Soyuz e, nesse mesmo dia, enviado de volta à Terra no foguete para que as amostras pudessem ser processadas em 48 horas.

Feinberg e a ex-estudante de pós-doutorado Lindsay Rizzardi, agora um cientista sênior do HudsonAlpha Institute for Biotechnology, focado em mudanças epigenéticas nos genomas de Scott e Mark.

Especificamente, Feinberg e sua equipe examinaram dois tipos de glóbulos brancos (CD4 + e CD8 +) isolados do sangue de Mark e Scott. Eles se concentraram em marcas epigenéticas que consistem em modificações químicas chamadas grupos metil, que são adicionadas ao DNA em um processo chamado metilação.

Geral, eles descobriram que quase tantas mudanças epigenéticas ocorreram no DNA de Mark ligado à terra quanto em seu gêmeo que voava no espaço. Houve uma diferença de menos de 5 por cento na metilação geral entre os gêmeos durante a missão. A maior diferença ocorreu nove meses após o início da missão, quando 79 por cento do DNA de Scott foi metilado, em comparação com 83 por cento de Mark.

As localizações das mudanças de metilação no genoma eram diferentes para cada gêmeo. Por exemplo, os cientistas descobriram mudanças de metilação perto de genes envolvidos nas respostas do sistema imunológico em Scott durante seu tempo no espaço, mas não em Mark. Isso se correlacionou com dados de outros pesquisadores envolvidos no estudo atual, que encontraram aumentos em certos marcadores bioquímicos associados à inflamação em Scott, mas não em Mark.

"Foi encorajador ver que não houve ruptura maciça do epigenoma em Mark ou Scott, "diz Rizzardi." No entanto, com apenas duas pessoas no estudo, estamos limitados nas conclusões que podemos tirar sobre o efeito das viagens espaciais no genoma. Mas as descobertas nos dão pistas sobre o que devemos examinar mais de perto em estudos futuros de astronautas. "

No estudo atual, As amostras biológicas de Scott foram enviadas de volta para a Terra imediatamente, mas no futuro, os astronautas podem precisar processar e armazenar amostras na espaçonave. Feinberg, Rizzardi e o cientista da NASA Brian Crucian desenvolveram instruções detalhadas para fazer experimentos complicados em microgravidade. Feinberg e Rizzardi viajaram por uma semana no famoso "Vomit Comet, "um avião que simula a ausência de peso, para testar seus protocolos para superar os desafios de coleta, purificar e armazenar amostras de sangue a bordo da estação espacial.

Dos estudos conduzidos por cientistas da Universidade de Stanford, Colorado State University, Cornell University e outros, alguns dos resultados notáveis ​​incluíram o alongamento dos telômeros durante o voo de Scott, as terminações protetoras nos cromossomos. O telômero se alongando, como relatado anteriormente, voltou ao normal quando Scott voltou para a Terra.

Além disso, mais de 90 por cento dos genes que mudaram os níveis de atividade durante o vôo de Scott voltaram ao normal seis meses após o vôo. Ainda, Feinberg observa, essas mudanças não são indicativas de vôo espacial sozinho, nem diferem do que pode ocorrer normalmente.

Os cientistas também descobriram que a forma do globo ocular de Scott mudou durante o vôo, incluindo um nervo retiniano mais espesso e dobras na camada coróide que envolve o olho. Essas mudanças normalmente afetam a acuidade visual e, diz Feinberg, ocorreram em outros astronautas do sexo masculino, mas não em mulheres. Os cientistas também observaram mudanças cognitivas e aumento dos níveis de estresse em Scott durante o vôo, que, novamente, não pode ser atribuído apenas ao voo espacial.

Feinberg diz que este estudo estabelece as bases para fazer previsões sobre a função fisiológica e relacionada ao gene de um astronauta durante uma missão de longo prazo:"Se sabemos o que esperar, podemos antecipar os problemas de saúde que os astronautas podem encontrar e garantir que os medicamentos e outros remédios estejam disponíveis durante a missão. "