Paradoja de los gemelos

El astronauta y su gemelo no tiene diferencias persistentes, las principales diferencias epigenéticas del hermano gemelo terrestre

En un estudio histórico, un grupo de científicos estadounidenses de Johns Hopkins, la Universidad de Stanford y otras instituciones no encontró diferencias importantes de larga duración entre los epigenomas del astronauta Scott Kelly, quien pasó un año en el espacio a bordo de la Estación Espacial Internacional, y su Hermano gemelo, Mark, que se quedó en la tierra.

Lo que este estudio nos dice acerca de los peligros de los viajes espaciales en el genoma de una persona no está claro, dicen los científicos, pero la investigación sobre astronautas adicionales en el espacio podría eventualmente ayudar a los científicos a predecir los tipos de riesgos médicos que pueden enfrentar en viajes espaciales largos donde las personas experimentan menos gravedad que en la Tierra, exposición a los dañinos rayos ultravioleta y otros riesgos para la salud.

"Este es el comienzo de la genómica humana en el espacio", dice Andrew Feinberg, MD, Profesor Distinguido de Medicina, Ingeniería Biomédica y Salud Mental de Bloomberg en la Universidad Johns Hopkins. "Desarrollamos los métodos para realizar estos tipos de estudios genómicos humanos, y deberíamos estar haciendo más investigaciones para sacar conclusiones sobre lo que les sucede a los humanos en el espacio".

Los cambios epigenéticos implican "ajustes" químicos al ADN que pueden influir en la actividad de los genes, pero los cambios no afectan al código genético subyacente en sí. Los cambios afectan cuándo y cómo se lee o expresa un gen para sus instrucciones de codificación de proteínas. Cuando los cambios epigenéticos se producen en el momento o lugar incorrecto, el proceso puede activar o desactivar los genes en el momento y lugar incorrectos, también.

Los científicos han supervisado y estudiado durante mucho tiempo los efectos fisiológicos de los viajes espaciales sobre los astronautas. Sin embargo, la mayoría de estos astronautas viajan en misiones de vuelo espacial de seis meses o menos, no las misiones más largas requeridas para viajar a Marte o a cualquier otro lugar. Se necesita más investigación para comprender el impacto de las largas misiones de vuelo espacial en el cuerpo humano, donde hay más exposición a la radiación, dieta restringida, menos ejercicio, menor gravedad y ciclos de sueño interrumpidos.

Feinberg señala que estudiar gemelos idénticos, quienes por naturaleza tienen el mismo material genético, fue una oportunidad importante y rara para comparar cambios fisiológicos y genómicos cuando un gemelo se fue al espacio y el otro permaneció en la Tierra. "Sin embargo, dado que solo tenemos dos personas en nuestro estudio, no podemos decir que estos cambios se deban al viaje espacial en sí", dice Feinberg. "Necesitamos más estudios de astronautas para sacar tales conclusiones".

Para el estudio, descrito en la edición del 12 de abril de Science, los científicos recolectaron muestras de sangre, datos fisiológicos y mediciones cognitivas de Scott y Mark Kelly en varios puntos temporales durante 27 meses antes, durante y después de la misión espacial de un año de Scott. Las muestras de Scott durante el vuelo se recolectaron en la estación espacial cuando los envíos desde la Tierra llegaron en un cohete Soyuz y, ese mismo día, se enviaron de regreso a la Tierra en el cohete para que las muestras pudieran procesarse dentro de las 48 horas.

Feinberg y el ex estudiante postdoctoral Lindsay Rizzardi, ahora científico senior en el HudsonAlpha Institute for Biotechnology, se centraron en los cambios epigenéticos de los genomas de Scott y Mark.

Específicamente, Feinberg y su equipo examinaron dos tipos de glóbulos blancos (CD4 + y CD8 +) aislados de la sangre de Mark y Scott. 

En general, encontraron que se produjeron casi tantos cambios epigenéticos en el ADN de Mark como en su hermano gemelo espacial. Hubo una diferencia de menos del 5 por ciento en la metilación general entre los gemelos durante la misión. La mayor diferencia ocurrió nueve meses después de la misión cuando el 79 por ciento del ADN de Scott estaba metilado, en comparación con el 83 por ciento de Mark.

Las ubicaciones de los cambios de metilación en el genoma fueron diferentes para cada gemelo. Por ejemplo, los científicos encontraron cambios de metilación cerca de los genes involucrados en las respuestas del sistema inmunológico en Scott durante su tiempo en el espacio, pero no en Mark. Esto se correlacionó con los datos de otros investigadores involucrados en el estudio actual que encontraron aumentos en ciertos marcadores bioquímicos asociados con la inflamación en Scott pero no en Mark.

"Fue alentador ver que no hubo una interrupción masiva del epigenoma ni en Mark ni en Scott", dice Rizzardi. "Sin embargo, con solo dos personas en el estudio, estamos limitados en las conclusiones que podemos extraer sobre el efecto del viaje espacial en el genoma. Pero los hallazgos nos dan pistas sobre lo que deberíamos examinar más detenidamente en futuros estudios de astronautas. "

En el estudio actual, las muestras biológicas de Scott se enviaron de regreso a la Tierra inmediatamente, pero en el futuro, los astronautas pueden necesitar procesar y almacenar muestras en la nave espacial. Feinberg, Rizzardi y el científico de la NASA, Brian Crucian, desarrollaron instrucciones detalladas para realizar experimentos complicados en microgravedad. Feinberg y Rizzardi viajaron durante una semana en el famoso "Vomit Comet", un avión que simula la ingravidez, para probar sus protocolos para superar los desafíos de recolectar, purificar y almacenar muestras de sangre a bordo de la estación espacial.

De los estudios dirigidos por científicos de la Universidad de Stanford, la Universidad del Estado de Colorado, la Universidad de Cornell y otros, algunos de los resultados notables incluyeron el alargamiento de los telómeros en el vuelo de Scott, las tapas protectoras de los cromosomas. El alargamiento de los telómeros, como se informó anteriormente, volvió a la normalidad cuando Scott regresó a la Tierra.

Además, más del 90 por ciento de los genes que cambiaron los niveles de actividad durante el vuelo de Scott volvieron a la normalidad seis meses después del vuelo. Sin embargo, observa Feinberg, estos cambios no son solo indicativos de vuelos espaciales, ni difieren de lo que podría ocurrir normalmente.

Los científicos también encontraron que la forma del globo ocular de Scott cambió a lo largo del vuelo, incluido un nervio retiniano más grueso y pliegues en la capa coroidea que rodea el ojo. Estos cambios típicamente afectan la agudeza visual y, dice Feinberg, han ocurrido en otros astronautas masculinos pero no en mujeres. Los científicos también observaron cambios cognitivos y mayores niveles de estrés en Scott durante el vuelo, lo que, de nuevo, puede no atribuirse solo al vuelo espacial.

https://www.hopkinsmedicine.org/news/newsroom/news-releases/astronaut-has-no-lingering-major-epigenetic-differences-from-earthbound-twin-brother