La humanidad sueña con viajar hasta Marte o asentarse en la Luna, pero hacerlo no solo requerirá diseñar sofisticadas naves espaciales, sino también someter a la biología del cuerpo humano a una muy dura prueba. Aparte de la dañina radiación, una de las cosas que más se teme es que los astronautas pasen largos periodos de tiempo sometidos a una gravedad menor a la terrestre.
Gracias a décadas de misiones espaciales, se ha averiguado que, en condiciones de microgravedad, el corazón se hace más esférico, la sangre se acumula en la cabeza o que cambia la forma de los globos oculares, causando incluso problemas de visión. Además de eso, alejarse del «abrazo» de la gravedad, atrofia la musculatura, lleva a que los huesos pierdan calcio, alarga temporalmente la columna vertebral y causa alteraciones temporales en los telómeros, los extremos de los cromosomas.
No obstante, muchas de las causas fundamentales de estos procesos son desconocidas, y, por este motivo, difíciles de tratar. En parte por eso, este miércoles se ha publicado la mayor colección de datos hasta la fecha con muy detallada información sobre cómo células y tejidos responden ante diversas circunstancias relacionadas con la vida en el espacio. Se ha publicado una extensa colección de artículos científicos, en los que han participado más de 200 investigadores, que son fundamentales para preparar el camino para las futuras misiones espaciales.
Los trabajos han sido posibles gracias a la plataforma «GeneLab», de la NASA, que recoge información muy variada, obtenida en tejidos, moscas, ratas, ratones y 59 astronautas, a lo largo de dos décadas de misiones espaciales. En concreto, esta plataforma recoge información procedente de las «ómicas», disciplinas que registran los cambios ocurridos en tejidos y células en respuesta a la microgravedad o la radiación del espacio. Entre éstas, están la proteómica, la metabolómica, la transcriptómica y la epigenómica, que estudian distintos aspectos de la biología de las células.
El espacio destroza el corazón de las moscas
«Si queremos establecer una colonia en la Luna o enviar astronautas a Marte —ha explicado Sharmila Bhattacharya, investigadora de la NASA— es imperativo que comprendamos los efectos de la microgravedad extendida sobre el cuerpo humano».
Bhattacharya es la primera autora de un estudio publicado en «Cell Reports» que ha aportado interesante información sobre lo que puede ocurrir en el corazón de los astronautas, si viven sometidos a décadas de microgravedad —es decir, casi en ausencia de gravedad—, y posibles nuevas formas de tratarlo.
Una mosca de la frutaEstos investigadores han examinado el corazón de las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), un insecto minúsculo que resulta muy conveniente porque comparte con el hombre el 75% de los genes causantes de enfermedades y porque tienen un corazón dividido en cuatro cámaras, como el humano.
Varias de estas moscas viajaron a la Estación Espacial Internacional (ISS, en inglés), donde vivieron en condiciones de microgravedad durante tres semanas (el equivalente a tres décadas humanas). Después de su estancia en el laboratorio orbital, fueron enviadas de vuelta a la Tierra y estudiadas intensamente.
Una vez aquí, se midió su habilidad de escalar los tubos de ensayo, se filmaron en vídeo las contracciones de su diminuto corazón y se extrajeron tejidos para hacer estudios bioquímicos y genéticos. Gracias a esto, se elaboró un mapa de la expresión de los genes del tejido cardiaco, lo que ha permitido saber qué genes se «encienden» o «apagan» en este tejido y, por tanto, cómo se regula en respuesta a una microgravedad tan prolongada.
De esta forma, la investigación reveló que las moscas espaciales tienen un corazón más pequeño y menos contráctil, por tanto menos competente a la hora de bombear sangre, lo que coincide con lo observado antes en astronautas. No obstante, ahora se ha observado por qué: las fibras musculares cardiacas pierden su alineación y pierden contacto con las adyacentes, disminuyendo así la capacidad de bombeo. Además, una especie de capa que rodea a las células cardiacas, la matriz extracelular, es significativamente más débil, y muchos de los componentes que interaccionan con ella están alterados.
El astronauta Tom Mashburn, a bordo de la ISS, con uno de los experimentos que ha hecho posible estas investigaciones
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NASA
«Todos estos resultados muestran que la microgravedad puede tener un efecto dramático en el corazón», ha subrayado Sharmila Bhattacharya. «Esto sugiere que podría ser necesario hacer intervenciones médicas en viajes espaciales de larga duración, e indica varias direcciones para desarrollar terapias». Además, esta información puede ser interesante para acelerar del desarrollo de terapias destinadas a mejorar la función cardiaca en tierra.
MicroARNs para detectar riesgos para la salud
Otro de los estudios, también publicado en «Cell Reports», ha analizado unas moléculas que sirven como marcadores para detectar riesgos para la salud asociados a los vuelos espaciales.
Después de estudiar ratones, ratas, tejidos y a astronautas, un estudio dirigido por Sherina Malkani ha identificado una serie de modificaciones relacionados con los microARNs, unas cortas secuencias que tiene el importante papel de activar o desactivar genes.
Además, el estudio también ha mostrado que modificar esos microARNs en tejidos humanos expuestos a radiación espacial reduce algunos daños cardiovasculares. Esto sugiere que los microARNs son una potencial diana para futuros medicamentos, y una marca muy importante de todo tipo de daños ocurridos durante los vuelos espaciales.
El acortamiento de los telómeros
Otro de los estudios ha examinado la longitud de los telómeros, los extremos de los cromosomas, en 11 astronautas, antes y después de misiones a la Estación Espacial Internacional (ISS). Sus conclusiones, publicadas en «Cell Reports», muestran que los astronautas tienen telómeros más largos durante sus misiones espaciales, pero que, al volver a la Tierra, éstos pierden esta longitud y se quedan más cortos de los que estaban antes de ir al espacio.
Mark Kelly (i) y Scott Kelly (d), los gemelos que hicieron posible el Estudio de los Gemelos, que comparó sus organismos durante un año, en tierra y a bordo de la ISS
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Marco Grob
¿Por qué? Los científicos han encontrado que estos cambios en la longitud están correlacionados con los niveles de estrés oxidativo que experimentaron los astronautas, confirmando un fenómeno antes observado en escaladores del Monte Everest. En su opinión, esto sugiere que los cambios de longitud podrían ser una respuesta a un estrés molecular producido en un ambiente extremo.
Alteraciones en la inflamación
Otro de las investigaciones de «Cell Reports» ha examinado los datos recogidos con el famoso «Estudio de los Gemelos», que comparó el organismo de los astronatuas gemelos Mark Kelly y Scott Kelly, hace unos años, cuando el segundo estuvo un año en la Estación Espacial Internacional y el primero se quedó en tierra.
Los primeros análisis sugirieron que, al regreso de una misión de larga duración, la respuesta de inflamación aumentaba. Ahora, la investigación ha sugerido que esos cambios están reflejando la regeneración de la musculatura, tras la atrofia experimentada como consecuencia de la continuada exposición a la microgravedad. Esta información ha sido apoyada por el Estudio de los Gemelos y por datos de otros 28 astronautas en misiones de seis meses de duración a la ISS.
Daños en las mitocondrias
Por otro lado, un artículo publicado en «Cell» ha examinado las mitocondrias, los orgánulos que producen energía en las células, en busca de una explicación para los daños que aparecen en las misiones espaciales largas.
Dos mitocondrias vistas al microscopio – Louisa Howard
De esta forma, han averiguado que las extremas condiciones de vida en el espacio alteran la regulación de las mitocondrias, lo que tiene consecuencias en lugares tan distintos como el ojo, el hígado o el sistema inmunitario.
Gracias a datos recopilados en ratones, en el Estudio de los Gemelos y en decenas de astronautas, confirmaron cómo la actividad de las mitocondrias se ve claramente alterada en misiones de larga duración. Esto, a su vez, puede estar relacionado con otros fenómenos, como la perturbación en los ritmos circadianos de los astronautas o de los problemas cardiovasculares. Ya hay varios medicamentos, indicados para alteraciones en las mitoconrias, que podrían ser de ayuda en estos casos.
«Big data» para el futuro
Por último, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) lidera un proyecto para coordinar el uso del «big data» con la herramienta GeneLab, con la finalidad de dilucidar qué efectos produce el espacio a nivel molecular, tanto en células como tejidos.
«Una necesidad fundamental para futuras misiones y la posible colonización del espacio es encontrar la clave del efecto común que producen los entornos con más radiación y gravedad reducida en los organismos», ha explicado Raúl Herranz, investigador en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC).
Herranz coordina un proyecto para definir los criterios con los que usar y procesar la ingente cantidad de datos obtenidos en células y tejidos con las «ómicas», tras muchos años de experimentación. Estos criterios se han publicado hoy en la revista «Patterns».
En opinión de este investigador, este big data biológico será clave tanto para utilizarlo en el espacio y prevenir problemas de salud en los astronautas, como para usarlo en la Tierra en la investigación médica y biológica de patologías, especialmente en el caso de las relacionadas con el envejecimiento.