A NASA tem grandes planos para o futuro dos voos espaciais tripulados. As propostas da agência espacial para enviar missões tripuladas de longo prazo para a Lua e, eventualmente, para os astronautas em Marte exigirão avanços significativos em hardware de foguetes e vôos espaciais. Mas junto com a nova tecnologia, os cientistas estão lidando com outra questão crucial: o corpo humano pode se sustentar durante tanto tempo no espaço? Uma missão exploratória a Marte poderia levar dois ou três anos, enquanto a maioria das expedições espaciais durou até seis meses ou menos. Missões prolongadas além da órbita da Terra podem resultar em efeitos biológicos profundos e potencialmente perigosos nos corpos dos astronautas.
Para estudar a influência da microgravidade, radiação e confinamento em voos espaciais de longa duração, a NASA selecionou os gêmeos Scott e Mark Kelly para uma missão única. Os dois gêmeos idênticos serviram tanto como pilotos de testes e astronautas da NASA, e Scott foi escolhido para uma missão de um ano à Estação Espacial Internacional (ISS), deixando seu irmão - uma cópia genética de si mesmo - na Terra. Os pesquisadores usaram a marca terrestre como uma espécie de controle para comparar com quaisquer mudanças ocorridas em Scott durante seu ano no espaço, que durou de 27 de março de 2015 a 1º de março de 2016.
Dez equipes de cientistas estudaram diferentes aspectos da saúde e biologia dos gêmeos, da expressão gênica às bactérias intestinais e à cognição. Hoje, as equipes lançaram algumas de suas pesquisas compiladas em um estudo interdisciplinar, que será publicado em 12 de abril na revista Science.
Ilustração gráfica do caminho que a pesquisa individual do Twins Study leva da pesquisa à integração, passando por um artigo de resumo e vários documentos complementares. (NASA) Com mais de 80 autores, o estudo reúne e analisa uma ampla gama de dados, coletados de ambos os gêmeos ao longo da missão de um ano mais os meses imediatamente antes e depois. Os resultados são expansivos, mas principalmente mostram que, com algumas exceções notáveis, o corpo de Scott se recuperou muito rapidamente após 340 dias em condições de espaço estressante. A pesquisa cria "um retrato integrado de adaptações e desafios moleculares, fisiológicos e comportamentais para o corpo humano durante voos espaciais prolongados", escrevem os autores.
Uma questão de envelhecimento
Uma das dez equipes, liderada por Susan Bailey, professora de radiação e biologia do câncer da Universidade Estadual do Colorado, enfocou os telômeros, as "tampas" que protegem as extremidades dos filamentos de DNA. Na Terra, esses telômeros se esgotam ao longo da vida de uma pessoa à medida que cada ciclo de replicação do DNA se desgasta neles.
Quando a equipe de Bailey analisou os telômeros nos glóbulos brancos de Scott, eles descobriram que o comprimento médio dos telômeros nessas células aumentava durante a missão. "Foi exatamente o oposto do que havíamos imaginado", diz Bailey. “Nós propusemos que, de fato, por causa de todas as tensões e exposições realmente únicas a coisas como microgravidade, radiação espacial e isolamento ... [realmente] parecia que eles acelerariam a perda de telômeros no espaço.”
Scott Kelly a bordo da Estação Espacial Internacional durante o seu ano no espaço. (NASA) Uma vez que Scott voltou a pousar na Terra, a equipe de Bailey observou que sua duração média de telômero diminuía para coincidir com os níveis pré-voo. Nos meses seguintes ao vôo, no entanto, um número maior de telômeros foi perdido ou encurtado de forma crítica. Este poderia ser um achado preocupante, uma vez que o encurtamento e a perda dos telômeros estão associados ao envelhecimento e à suscetibilidade a doenças relacionadas à idade, incluindo problemas cardiovasculares e câncer.
Os pesquisadores ainda não estão certos de como ou por que essas mudanças de telômeros ocorreram. A equipe esperava analisar a atividade da telomerase, uma enzima que amplia os telômeros, mas é desligada na maioria das células do corpo de adultos, para ver se de alguma forma foi ativada enquanto Scott estava em vôo. No entanto, o material que eles precisavam estava “perdido no espaço”, diz Bailey. As amostras de sangue foram enviadas de volta para a Terra em uma espaçonave Soyuz, mas a atividade da telomerase estava morta na chegada, possivelmente como resultado de mudanças de temperatura durante a reentrada na atmosfera da Terra.
Aprender mais sobre o mecanismo por trás dessas mudanças durante e após voos espaciais será importante no futuro, diz Bailey - não apenas pelos astronautas, mas também porque uma compreensão mais profunda do envelhecimento seria valiosa para a saúde dos “terráqueos”.
Expressão Gênica no Espaço
Os pesquisadores também estudaram o genoma de Scott para ver se a expressão gênica mudava durante o voo, como costuma acontecer em situações estressantes. Uma equipe liderada por Chris Mason, geneticista da Weill Cornell Medicine, estudou modificações de DNA e RNA que sinalizariam a adaptação epigenética. Eles observaram algumas mudanças em como os genes foram expressos, e essas variações aceleraram nos últimos seis meses da missão. Mais de seis vezes mais diferenças em expressões genéticas surgiram ao longo da segunda metade em comparação com o início do voo.
As descobertas foram um pouco surpreendentes, diz Mason, porque ele esperava que essas diferenças diminuíssem ou parassem depois de um período inicial de adaptação ao novo ambiente. As transformações genéticas sustentadas e crescentes mostram que o corpo continua a mudar durante longos períodos de tempo no espaço.
Andrew Feinberg, professor e pesquisador da Universidade Johns Hopkins, e sua equipe se concentraram em grupos metil - marcadores químicos que geralmente sinalizam mudanças na expressão gênica - e descobriram que a quantidade de mudança epigenética era similar para os dois irmãos. Apesar de algumas pequenas diferenças, o genoma de Scott se comportou de uma maneira que “não era preocupante”, diz Feinberg.
Depois do fim da missão, 90% das expressões gênicas modificadas voltaram à linha de base pré-voo - um bom sinal de que o corpo pode se recuperar depois de uma longa missão, diz Mason. Os outros 10%, que compreendiam mais de 800 genes, incluindo aqueles relacionados à resposta imune e reparo de DNA, ainda estavam sendo expressos de forma diferente seis meses após o retorno de Scott. "Parece, até certo ponto, que células suficientes no corpo têm uma memória do que aconteceu que ainda há alguma adaptação em curso e recalibração para estar de volta à Terra", diz Mason.
Influência do voo espacial na mente
Em um resultado potencialmente preocupante, uma equipe que estuda a cognição descobriu que o desempenho de Scott em uma série de testes cognitivos diminuiu no período pós-voo. Mathias Basner, professor de psiquiatria da Universidade da Pensilvânia, e sua equipe projetaram uma bateria de testes cognitivos especializados para a NASA - uma série de 10 tarefas computadorizadas para medir diferentes aspectos do pensamento dos astronautas, incluindo reconhecimento emocional, tomada de risco e atenção.
Mesmo que as medidas de voo de Scott fossem estáveis, sua "eficiência cognitiva", ou sua velocidade e precisão na conclusão da bateria de testes, caíram quando ele voltou para a Terra. A diminuição durou mais de seis meses após seu retorno.
Embora Scott não tenha apresentado nenhum efeito cognitivo alarmante no decorrer do voo espacial de um ano, ele parece ter muito mais problemas com os testes depois de retornar ao ambiente da Terra em comparação com seu período de reajuste após sua missão anterior de seis meses Março de 2011. Os resultados cognitivos poderiam ser uma “bandeira vermelha” ao planejar algo como uma missão a Marte, diz Basner, durante o qual os astronautas teriam que realizar tarefas complexas após o pouso.
O astronauta da NASA, Scott Kelly (à esquerda), o engenheiro de vôo da Expedição 43/44 e o comandante da Expedição 45/46; e o cosmonauta russo Mikhail Kornienko, engenheiro de vôo da Expedição 43-46, passaram 340 dias cumulativos no espaço. (NASA / Bill Stafford) "O espaço é um ambiente muito hostil", diz Basner. “Sempre queremos que os astronautas tenham o melhor desempenho, no sentido de que pequenos erros podem se traduzir em erros catastróficos - na pior das hipóteses, em falhas de missão e perda de equipamentos e de vidas de astronautas”.
Embora seja provável que haja um alto nível de comprometimento para afetar as operações lideradas por astronautas treinados, essas mudanças cognitivas devem ser monitoradas em futuras missões, diz Basner, especialmente porque os seres humanos têm pouca capacidade de avaliar seu próprio status cognitivo, tendendo a aceitar suas atuais condições como o "novo normal", mesmo que sejam realmente piores do que antes.
O corpo do explorador espacial
Durante todo o resto do corpo de Scott, os pesquisadores observaram outras mudanças relacionadas ao voo espacial. Em um estudo do microbioma, a comunidade de bactérias que vive no intestino humano, uma equipe liderada por pesquisadores da Northwestern University descobriu que as proporções de diferentes tipos de bactérias mudaram durante o ano de Scott no espaço. A diversidade geral das bactérias não diminuiu, no entanto, o que é um bom sinal de que o microbioma permaneceu saudável.
Uma equipe liderada por Brinda Rana, pesquisadora de ciências da saúde na Universidade da Califórnia em San Diego, descobriu que várias proteínas também mudaram durante o vôo espacial. Amostras de urina do tempo de Scott a bordo do ISS continham altos níveis de colágeno, uma proteína estrutural. Observar essa medida junto com as mudanças fisiológicas - como aquelas observadas nos olhos de Scott e no sistema vascular - pode ser um sinal de que o corpo estava se reestruturando, diz Rana. Os pesquisadores também observaram níveis elevados de aquaporina 2, uma proteína que tende a ser um marcador de desidratação.
A grande maioria das mudanças observadas pela equipe de Rana e outros desapareceu quando Scott tocou de volta na Terra, no entanto. "Isso mostra o quanto o corpo é resiliente e o grau de adaptação do corpo humano a diferentes ambientes", diz Rana. "Um ano no espaço - o corpo pode lidar com isso."
Como o tamanho da amostra do Estudo Gêmeos da NASA é quase tão pequeno quanto possível, os pesquisadores enfatizaram que não podem generalizar seus resultados, nem poderiam provar um nexo causal direto entre o voo espacial e suas observações. Ainda assim, seu trabalho, apesar de seu escopo inerentemente limitado, dá à NASA algumas pistas sobre onde eles podem ver mudanças biológicas durante voos espaciais - um “roteiro valioso”, diz o estudo, para os possíveis riscos de viagens mais longas em nosso sistema solar.
Trabalhar neste estudo foi como ser um cartógrafo inicial, diz Feinberg. Ele e outros investigadores tentaram entender, em linhas gerais, quais mudanças ocorrem no corpo durante voos espaciais, criando uma forma geral e deixando espaço para pesquisas futuras para preencher os detalhes.
A NASA já tem planos de continuar preenchendo este mapa do corpo humano. Bailey e outros pesquisadores continuarão com outro projeto de longo prazo monitorando “dez astronautas em missões de um ano, dez em missões de seis meses e dez em viagens de dois a três meses de cada vez. Os dados de saúde serão comparados com pessoas no local que estão em isolamento por esses mesmos períodos de tempo ”, de acordo com um comunicado de imprensa da Colorado State University. Outros cientistas estão avançando com projetos analógicos na Terra, incluindo Rana, que está estudando medidas de sujeitos em repouso a longo prazo que imitam as condições de gravidade zero.
Embora ainda haja muito trabalho a ser feito, a NASA agora tem uma estrutura para o tipo de colaboração multidisciplinar que provavelmente continuará em estudos futuros, diz Basner. Quanto a Scott Kelly, ele está preparado para isso a longo prazo.
"Às vezes, as perguntas que a ciência faz são respondidas por outras perguntas, e eu continuo fazendo testes uma vez por ano pelo resto da minha vida", escreveu em seu livro de 2017, Resistência: Meu Ano no Espaço, Uma Vida de Descobertas . “Isso não me incomoda particularmente. Vale a pena contribuir para o avanço do conhecimento humano. ”
