La NASA tiene grandes planes para el futuro de los vuelos espaciales humanos. Las propuestas de la agencia espacial de enviar misiones tripuladas a largo plazo a la luna y, eventualmente, astronautas terrestres en Marte requerirán avances significativos en el hardware de cohetes y vuelos espaciales. Pero junto con la nueva tecnología, los científicos están lidiando con otra pregunta crucial: ¿Puede el cuerpo humano sostenerse durante tanto tiempo en el espacio? Una misión exploratoria a Marte podría tomar dos o tres años, mientras que la mayoría de las expediciones espaciales hasta ahora han durado seis meses o menos. Las misiones extendidas más allá de la órbita terrestre podrían resultar en efectos biológicos profundos y potencialmente peligrosos en los cuerpos de los astronautas.

Para estudiar la influencia de la microgravedad, la radiación y el confinamiento en vuelos espaciales de larga duración, la NASA seleccionó a los gemelos Scott y Mark Kelly para una misión única. Los dos gemelos idénticos han servido como pilotos de pruebas de la NASA y astronautas, y Scott fue elegido para una misión de un año a la Estación Espacial Internacional (ISS), dejando a su hermano, una copia genética de sí mismo, en la Tierra. Los investigadores utilizaron la Marca terrestre como una especie de sujeto de control para comparar con cualquier cambio en Scott durante su año en el espacio, que duró desde el 27 de marzo de 2015 hasta el 1 de marzo de 2016.

Diez equipos de científicos estudiaron diferentes aspectos de la salud y la biología de los gemelos, desde la expresión génica hasta las bacterias intestinales y la cognición. Hoy, los equipos publicaron parte de su investigación compilada en un estudio interdisciplinario, que se publicará el 12 de abril en la revista Science.

Con más de 80 autores, el estudio reúne y analiza una amplia gama de datos, recopilados de ambos gemelos durante el transcurso de la misión de un año más los meses inmediatamente anteriores y posteriores. Los resultados son amplios, pero muestran principalmente que, con algunas excepciones notables, el cuerpo de Scott se recuperó bastante rápido después de 340 días en condiciones de espacio estresantes. La investigación crea «un retrato integrado de adaptaciones y desafíos moleculares, fisiológicos y de comportamiento para el cuerpo humano durante vuelos espaciales prolongados», escriben los autores.

Una cuestión de envejecimiento

Uno de los diez equipos, dirigido por Susan Bailey, profesora de radiación y biología del cáncer en la Universidad Estatal de Colorado, se centró en los telómeros, las «tapas» que protegen los extremos de las hebras de ADN. En la Tierra, estos telómeros se agotan a lo largo de la vida de una persona a medida que cada ronda de replicación de ADN se desgasta.

Cuando el equipo de Bailey analizó los telómeros en los glóbulos blancos de Scott, encontraron que la longitud promedio de los telómeros en estas células en realidad aumentó durante la misión. «Era exactamente lo contrario de lo que habíamos imaginado», dice Bailey. «Propusimos que, de hecho, debido a todas las tensiones y exposiciones realmente únicas a cosas como la microgravedad, la radiación espacial y el aislamiento, realmente parecía que acelerarían la pérdida de telómeros en el espacio.»

Una vez que Scott regresó a la Tierra, el equipo de Bailey observó que su longitud promedio de telómeros disminuyó para coincidir aproximadamente con los niveles previos al vuelo. En los meses posteriores al vuelo, sin embargo, un mayor número de telómeros se perdieron o se acortaron críticamente. Este podría ser un hallazgo preocupante, ya que el acortamiento y la pérdida de telómeros se asocian con el envejecimiento y la susceptibilidad a enfermedades relacionadas con la edad, incluidos los problemas cardiovasculares y el cáncer.

Los investigadores aún no están seguros de cómo o por qué ocurrieron estos cambios en los telómeros. El equipo esperaba analizar la actividad de la telomerasa, una enzima que extiende los telómeros pero se apaga en la mayoría de las células del cuerpo adulto, para ver si de alguna manera se activó mientras Scott estaba en vuelo. Sin embargo, el material que necesitaban estaba «perdido en el espacio», dice Bailey. Las muestras de sangre fueron enviadas de regreso a la Tierra en una nave espacial Soyuz, pero la actividad de la telomerasa estaba muerta a su llegada, posiblemente como resultado de los cambios de temperatura durante el reingreso a través de la atmósfera de la Tierra.

Aprender más sobre el mecanismo detrás de estos cambios durante y después de los vuelos espaciales será importante para avanzar, dice Bailey, no solo por el bien de los astronautas, sino también porque una comprensión más profunda del envejecimiento sería valiosa para la salud de los «terrícolas».»

Expresión génica en el espacio

Los investigadores también estudiaron el genoma de Scott para ver si la expresión génica cambiaba durante el vuelo, como suele ocurrir en situaciones estresantes. Un equipo dirigido por Chris Mason, genetista de Weill Cornell Medicine, estudió modificaciones de ADN y ARN que indicarían la adaptación epigenética. Observaron algunos cambios en la forma en que se expresaban los genes, y estas variaciones se aceleraron en los últimos seis meses de la misión. Más de seis veces más diferencias en las expresiones genéticas surgieron en la segunda mitad en comparación con el comienzo del vuelo.

Los resultados fueron fue algo sorprendente, Mason dice, porque él esperaba estas diferencias para ralentizar o detener después de un período inicial de adaptación al nuevo entorno. Las transformaciones genéticas sostenidas y en aumento muestran que el cuerpo continúa cambiando durante largos períodos de tiempo en el espacio.

Andrew Feinberg, profesor e investigador médico de la Universidad Johns Hopkins, y su equipo se centraron en los grupos metilo, marcadores químicos que generalmente señalan cambios en la expresión génica, y encontraron que la cantidad de cambio epigenético era similar para los dos hermanos. A pesar de algunas diferencias menores, el genoma de Scott se comportó de una manera que «no era preocupante», dice Feinberg.

Después del final de la misión, el 90 por ciento de las expresiones génicas modificadas volvieron a su línea de base previa al vuelo, una buena señal de que el cuerpo puede recuperarse después de una larga misión, dice Mason. El otro 10 por ciento, que comprendía más de 800 genes, incluidos los relacionados con la respuesta inmune y la reparación del ADN, todavía se expresaban de manera diferente seis meses después del regreso de Scott. «Parece, hasta cierto punto, que suficientes células en el cuerpo tienen un recuerdo de lo que sucedió que todavía hay una adaptación y recalibración en curso para estar de vuelta en la Tierra», dice Mason.

La influencia de los vuelos espaciales en la Mente

En un resultado potencialmente preocupante, un equipo que estudia la cognición encontró que el rendimiento de Scott en una serie de pruebas cognitivas disminuyó en el período posterior al vuelo. Mathias Basner, profesor de psiquiatría de la Universidad de Pensilvania, y su equipo diseñaron una batería de pruebas cognitivas especializadas para la NASA, una serie de 10 tareas computarizadas para medir diferentes aspectos del pensamiento de los astronautas, incluido el reconocimiento emocional, la toma de riesgos y la atención.

A pesar de que las medidas en vuelo de Scott eran estables, su «eficiencia cognitiva», o su velocidad y precisión al completar la batería de prueba, disminuyeron una vez que regresó a la Tierra. La disminución se prolongó durante los seis meses posteriores a su regreso.

Mientras que Scott no mostró ningún efecto cognitivo alarmante en el transcurso del vuelo espacial de un año de duración, parecía tener mucho más problemas con las pruebas después de regresar al entorno de la Tierra en comparación con su período de reajuste después de su misión anterior de seis meses de octubre de 2010 a marzo de 2011. Los resultados cognitivos podrían ser una «bandera roja» al planificar algo como una misión a Marte, dice Basner, durante la cual los astronautas tendrían que realizar tareas complejas después del aterrizaje.

«El espacio es un entorno muy hostil», dice Basner. «Siempre queremos que los astronautas rindan lo mejor posible en el sentido de que, ya saben, pequeños errores pueden traducirse en errores catastróficos, en el peor de los casos, en el fracaso de la misión y la pérdida de equipos y vidas de astronautas.»

Aunque probablemente se necesitaría un alto nivel de deterioro para afectar las operaciones dirigidas por astronautas entrenados, estos cambios cognitivos deberían monitorearse en futuras misiones, dice Basner, especialmente porque los humanos tienen una capacidad deficiente para evaluar su propio estado cognitivo, tendiendo a aceptar sus condiciones actuales como la» nueva normalidad», incluso si en realidad son peores que antes.

El cuerpo del Explorador Espacial

A lo largo del resto del cuerpo de Scott, los investigadores observaron otros cambios relacionados con los vuelos espaciales. En un estudio del microbioma, la comunidad de bacterias que viven en el intestino humano, un equipo liderado por investigadores de la Universidad Northwestern descubrió que las proporciones de diferentes tipos de bacterias cambiaron durante el año de Scott en el espacio. Sin embargo, la diversidad general de las bacterias no disminuyó, lo que es una buena señal de que el microbioma se mantuvo saludable.

Un equipo dirigido por Brinda Rana, investigadora en ciencias de la salud de la Universidad de California en San Diego, descubrió que varias proteínas también cambiaron durante el vuelo espacial. Las muestras de orina de la época de Scott a bordo de la Estación Espacial Internacional contenían altos niveles de colágeno, una proteína estructural. Observar esta medida junto con los cambios fisiológicos, como los observados en los globos oculares y el sistema vascular de Scott, podría ser un signo de que el cuerpo se estaba reestructurando, dice Rana. Los investigadores también observaron niveles elevados de acuaporina 2, una proteína que tiende a ser un marcador de deshidratación.

La gran mayoría de los cambios observados por el equipo de Rana y otros desaparecieron una vez que Scott regresó a la Tierra, sin embargo. «Simplemente muestra cuán resistente es el cuerpo y cuán adaptable es el cuerpo humano a diferentes entornos», dice Rana. «Un año en el espacio-el cuerpo puede manejar eso.»

Dado que el tamaño de la muestra del estudio de Gemelos de la NASA es casi lo más pequeño posible, los investigadores destacaron que no pueden generalizar sus resultados, ni probar un vínculo causal directo entre los vuelos espaciales y sus observaciones. Aún así, su trabajo, a pesar de su alcance inherentemente limitado, le da a la NASA algunas pistas sobre dónde podrían ver cambios biológicos durante los vuelos espaciales, una «hoja de ruta valiosa», dice el estudio, para los posibles riesgos de viajes más largos a nuestro sistema solar.

Trabajo en este estudio fue una temprana cartógrafo, dice Feinberg. Él y otros investigadores trataron de entender, a grandes rasgos, qué cambios ocurren en el cuerpo durante los vuelos espaciales, creando una forma general y dejando espacio para que futuras investigaciones completen los detalles.

La NASA ya tiene planes para seguir rellenando este mapa del cuerpo humano. Bailey y otros investigadores continuarán con otro proyecto a largo plazo de monitoreo » diez astronautas en misiones de un año, diez en misiones de seis meses y diez en viajes de dos a tres meses a la vez. Los datos de salud se compararán con las personas en el terreno que están aisladas durante esos mismos períodos de tiempo», según un comunicado de prensa de la Universidad Estatal de Colorado. Otros científicos están avanzando con proyectos analógicos en la Tierra, incluido Rana, que está estudiando medidas de sujetos en reposo en cama a largo plazo que imitan condiciones de gravedad cero.

Aunque queda mucho trabajo por hacer, la NASA ahora tiene un marco para el tipo de colaboración multidisciplinaria que probablemente continuará en estudios futuros, dice Basner. En cuanto a Scott Kelly, está preparado para participar a largo plazo.

«A veces las preguntas que la ciencia hace son respondidas por otras preguntas, y seguiré haciéndome pruebas una vez al año por el resto de mi vida», escribió en su libro de 2017, Endurance: My Year in Space, A Lifetime of Discovery. «Esto no me molesta particularmente. Vale la pena contribuir al avance del conocimiento humano.”