Scott Kelly est un astronaute Américain. Quelques mois avant de partir pour sa mission dans la Station Spatiale Internationale (ISS), il suggère une brillante idée à la NASA. Il se trouve qu’il a un jumeau monozygote, Mark lui-même ancien astronaute. Alors pourquoi ne pas prendre Mark comme référent des changements physiologiques qui pourraient lui arriver dans l’espace ? Etant donné qu’ils possèdent le même code génétique, toutes les différences constatées sur Scott seront très probablement dues à son voyage dans l’espace. La NASA saute sur cette occasion.
Pendant 25 mois, les jumeaux Mark et Scott Kelly seront le sujet de l’étude appelée « Twins Study » qui réunit 84 chercheurs issus de 12 universités.

NASA Twins study

Ce graphique montre comment les projets individuels de Twins Study ont été intégrés dans le document de synthèse unique qui vient d’être publié. Dans le courant de cette année, des projets individuels publieront plusieurs articles d’accompagnement approfondissant les spécificités de chaque étude. Credits : NASA

Pendant les 340 jours que Scott passe dans l’ISS entre 2015 et 2016, son « référent génétique terrestre » reste sur Terre. Les missions de plus de 300 jours sont rares, seuls huit astronautes en ont déjà effectuées. Des examens physiologiques, génétiques et cognitifs ont lieu sur les deux frères avant pendant et après la mission. Scott envoie régulièrement des échantillons biologiques de l’ISS, congelés et expédiés par la suite ou immédiatement envoyés par fusées Soyouz. Et les résultats de cette étude viennent d’être publiés il y a quelques jours dans la revue scientifique Science.


Quels changements physiques suite à un voyage dans l’espace ?


Résultat NASA Twins Study
Résumé des résultats de Twins Study – Credits : NASA

Les effets observés ont été classés dans trois catégories selon le risque pour la santé : potentiellement faible, moyen ou inconnu, élevé. Ces classifications ont été établies en fonction du degré d’importance fonctionnelle pendant les vols spatiaux et de leur persistance pendant au moins six mois après le retour sur Terre.

Parmi les effets observés à faible risque, sont classés les changements de masse corporelle et ceux dans le microbiome gastro-intestinal. Scott a perdu 7 % de sa masse corporelle pendant sa mission. Celle de Mark a quant à elle augmenté de 4 % sur la même période.
Les micro-organismes qui vivent dans le tube digestif ont également été modifiés dans l’espace. Cela pourrait être dû aux aliments qu’il a consommés pendant son séjour dans la station spatiale (principalement des aliments préemballés lyophilisés ou thermostabilisés), bien que d’autres facteurs environnementaux spécifiques à l’espace aient également pu y contribuer.

Par contre, le vaccin pour la grippe administré aux deux frères a été efficace dans les deux cas. La réaction immunitaire a été identique dans et n’a donc pas été affectée par le voyage spatial.

La deuxième catégorie comprend des changements dans la régulation du collagène. Le collagène est bien sûr important pour notre peau mais également pour nos veines, nos artères ou encore nos valves cardiaques. Les conséquences de ces perturbations peuvent être des problèmes au niveau de la régulation de la pression sanguine ou une accumulation de sang en bas des jambes.

Dans la catégorie à risque plus élevé est placée l’instabilité génomique évaluée par des aberrations chromosomiques en raison du risque de développer un cancer. Un génome est l’ensemble du matériel génétique d’un organisme.

L’espace est très radioactif, et les rayons cosmiques peuvent grandement affecter l’ADN.
Le sievert est l’unité utilisée pour mesurer l’absorption du rayonnement par le corps humain et les effets qui y sont associé. Pendant son séjour dans l’ISS, l’astronaute a reçu une dose de 146 millisieverts alors qu’en France un travailleur nucléaire ne doit pas recevoir plus de 20 millisieverts. Les analyses cytogénétiques qui consistent à étudier les chromosomes d’un individu ont révélé chez Scott une grande instabilité au niveau génomique ce qui peut créer infertilité et cancer. Les radiations ont provoqué des aberrations chromosomiques, les mutations étant plus nombreuses chez Scott que chez Mark.



L’espace modifie l’expression génétique


Les analyses épigénétiques ont révélées que l’espace a affecté 7% de l’expression des gènes de l’ADN de Scott en lien avec son système immunitaire, la réparation de son ADN ou encore ses réseaux de formation osseuse. A ne pas confondre avec les gènes car si Scott avait 7% de gènes différents de son jumeau il serait d’une espèce différente ! C’est la façon dont est exprimée 7% de l’ADN de l’astronaute qui change, et non l’ADN lui-même. C’est d’ailleurs l’épigénétique qui explique la différence entre les vrais jumeaux.

(L’épigénétique) correspond à l’étude des changements dans l’activité des gènes, n’impliquant pas de modification de la séquence d’ADN et pouvant être transmis lors des divisions cellulaires. (…) Alors que la génétique correspond à l’étude des gènes, l’épigénétique s’intéresse à une ‘couche’ d’informations complémentaires qui définit comment ces gènes vont être utilisés par une cellule… ou ne pas l’être.

INSERM

Les astronautes ont la vue qui baisse


Ces tests ont confirmé certaines observations réalisées sur d’autres astronautes. La densité osseuse a diminué et les muscles se sont atrophiés ce qui n’a rien de surprenant. La vue a également été altérée.
Suite à de longs séjours spatiaux, plus de la moitié des astronautes souffrent de troubles visuels, l’arrière du globe oculaire est aplati.
Les scientifiques n’ont pas encore trouvé la totalité de l’explication. Une première hypothèse est celle de la pression intracrânienne.
En raison de la micropesanteur, la répartition des fluides dans le corps est modifiée dans l’espace. L’afflux de fluides accru dans le crâne crée une pression sur le nerf optique qui aplatit l’arrière du globe oculaire et crée un œdème du disque optique. Cet effet est proche du syndrome de l’hypertension intracrânienne idiopathique. Les patients victimes de ce syndrome présentant des problèmes de vision proches de ceux des astronautes ont également des pressions augmentées dans le crâne.



L’espace rajeunit-il les astronautes ?


Les chercheurs ont découvert une modification des télomères qui sont les fragments d’ADN à l’extrémité des chromosomes. Tout comme les poignées en plastique protègent les cordes à sauter, les télomères protègent les chromosomes. Avec l’âge, le stress et certains facteurs environnementaux tels que la pollution, ils raccourcissent et à terme entraînent des problèmes liés au vieillissement. Mais étonnamment ceux de Scott Kelly se sont allongés dans l’espace !


Des changements au niveau cardiovasculaire


La paroi de l’artère carotide de Scott s’est épaissie, au contraire de son frère, et est restée ainsi durant toute sa durée dans l’ISS. Or un épaississement de cette paroi peut être l’indicateur de maladies cardiovasculaires ou de risques d’accident vasculaire cérébral (AVC).



Les jumeaux de retour sur Terre


Si les performances cognitives de Scott (telles que la vigilance mentale, l’orientation spatiale, la reconnaissance des émotions) sont restées pratiquement inchangées pendant son séjour dans l’espace, elles ont décliné en précision et en vitesse de retour sur notre planète. Mais ceci pourrait être dû à la ré-exposition et l’ajustement à la gravité de la Terre ainsi qu’à son emploi du temps chargé.

Le microbiome gastro-intestinal est revenu à son état initial. Par contre les télomères se sont raccourcis de façon accéléré. L’allongement a disparu en à peine 2 jours. Et dans les mois suivants, certaines cellules contenaient des télomères plus courts qu’avant le départ pour l’ISS de Scott. Quant à ses gènes, 8,7% avaient toujours un comportement altéré.


A quoi va servir cette expérience ?


Ces résultats pourront aider les scientifiques à anticiper les problèmes qui pourraient se développer lors de voyages spatiaux encore plus longs. On pense bien sûr au voyage vers la planète Mars qui devrait durer au minimum 30 mois et pour lequel les astronautes seront moins protégés qu’à l’altitude de l’ISS de 400km.

Mais ces résultats pourront également aider à comprendre, même peut-être soigner, certaines maladies terrestres. Par exemple, la recherche sur les télomères pourrait améliorer les efforts visant à atténuer les effets du vieillissement et des maladies.


Source

https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aau8650

https://www.nasa.gov/twins-study/

https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-twins-study-results-published-in-science