Perché gli scienziati sono sorpresi dai "geni spaziali" dell'astronauta Scott Kelly

Dal primo momento in cui l'uomo ha iniziato a viaggiare nello spazio, è stato chiaro che vivere oltre la nostra atmosfera ha un impatto sulla fisiologia umana. Ora, gli astronauti gemelli Scott e Mark Kelly, celebri protagonisti del Twins Study della NASA, hanno prodotto una miniera d'oro di nuovi dettagli sui precisi effetti dei viaggi spaziali sul corpo umano, fino al genoma. Queste informazioni saranno cruciali per comprendere come gli astronauti potrebbero reagire a spedizioni di lunga durata sulla Luna, Marte e oltre.

I fratelli Kelly sono stati studiati da dieci diversi team di ricerca in momenti diversi, tra cui prima, durante e dopo i 340 giorni passati da Scott Kelly nella Stazione Spaziale Internazionale. Mark Kelly, che ha viaggiato nello spazio in precedenza — anche se mai per un periodo di tempo altrettanto lungo — ha fatto da contraltare per gli esperimenti sulla Terra.

Poiché i gemelli Kelly sono essenzialmente copie carbone uno dell'altro, i condizionamenti dati dalla variabilità genetica negli esperimenti erano ridotti al minimo, un beneficio ampiamente documentato dagli studi che prendono in esame coppie di gemelli anche sulla superficie del pianeta. Il problema però è che un campione di sole due persone è un po' misero, anche se si tratta di gemelli, per cui si crea un'abbondanza di fattori che non possono essere controllati completamente. I responsabili del Twins Study intendono includere campioni provenienti da astronauti non imparentati con i Kelly per compensare questo punto debole dell'esperimento.

Una delle scoperte più sostanziose e sorprendenti tra i risultati preliminari appena pubblicati è la differenza notevole di responso genetico tra i due gemelli ai rispettivi ambienti, sulla Terra e nello spazio.

La cosa è stata particolarmente evidente nei telomeri dei due fratelli, ovvero la parte finale dei cromosomi, spesso paragonata ai piccoli tappi di plastica che chiudono i lacci delle scarpe. I telomeri sono diventati un argomento caldo nell'ultimo decennio: la loro lunghezza è correlata per sommi capi con i segni dello stress e dell'invecchiamento. Gli scienziati hanno scoperto che questi "fermalibri" tendono ad accorciarsi man mano che una persona invecchia, un dato che ha stimolato molte delle ricerche che vogliono invertire questo effetto e combattere le malattie e le condizioni fisiche legate alla vecchiaia, alimentando contemporaneamente un'intera nuova industria di prodotti privi di supporto scientifico che mirano ad attivare la telomerasi, un enzima che allunga i cromosomi.

Susan Bailey, professoressa di radiobiologia e di oncologia che lavora alla Colorado State University, ha guidato il team che si è occupato di interpretare l'attività telomerica dei due gemelli. Il gruppo di Bailey si aspettava di vedere i telomeri di Scott Kelly più corti di quelli del fratello, per via delle condizioni inusuali e di stress legate alla vita nello spazio. Ma con un colpo di scena sorprendente, il team ha scoperto che la situazione era tutto il contrario.

"Abbiamo osservato l'esatto opposto di ciò che avevamo previsto," mi ha detto Bailey al telefono. "Abbiamo notato un aumento nelle popolazioni di cellule con telomeri più lunghi, e abbiamo associato il fenomeno al viaggio nello spazio. Abbiamo anche raccolto dei campioni successivamente al ritorno di Scott, ed è stato ovvio che la situazione fosse tornata a livelli pre-spazio in fretta, quindi ci è sembrato che il fenomeno fosse legato specificamente al viaggio nello spazio."

Significa forse che i voli nello spazio rappresentano un'inaspettata fonte di giovinezza? Probabilmente no, anche se l'idea è divertente. "È ciò che viene da pensare subito — ecco, la risposta è proprio lì," ha detto Bailey, ridendo. "Ma non credo che sia così semplice." Per esempio, ha specificato che l'allungamento dei telomeri può anche essere associato allo sviluppo di un cancro, non esattamente segno di giovinezza eterna.

Per capirne di più, le informazioni genetiche raccolte dalle analisi del sangue e dagli altri campioni di tessuto saranno analizzate meticolosamente, per stabilire quali fattori specifici abbiano contribuito al risultato. Qualsiasi cosa, dall'esposizione alle radiazioni, alla dieta, ai cicli di sonno e al tipo di esercizio fisico ha probabilmente condizionato i dati. Il fatto che l'attività della telomerasi in entrambi i gemelli Kelly sia aumentata in concomitanza a un evento familiare particolarmente emotivo a novembre 2015, suggerisce che anche lo stress psicologico lasci un'impronta.

"Ci sono prove che la telomerasi risponda agli stress della vita nei modelli animali," ha detto Bailey. "Per noi, dunque, questa è stata un'importante dimostrazione dello stesso fenomeno negli umani."

Uno degli altri responsabili del Twins Study è Chris Mason, professore al dipartimento di fisiologia e biofisica al Weill Cornell Medical College, che ha guidato una ricerca relativa al sequenziamento genetico dei gemelli. Come Bailey, Mason ha riscontrato una notevole deviazione tra le risposte genetiche dei fratelli agli ambienti in cui vivevano. Per esempio, oltre 200.000 molecole di RNA si sono espresse in modo diverso tra loro nel corso dell'esperimento.

"Si tratta di un valore più alto di quello che vediamo in una persona comune nel corso del tempo; indica dunque che un corpo nello spazio subisce un grado significativo di cambiamento molecolare," mi ha detto per email Mason. "Siamo anche rimasti sorpresi nel vedere la risposta specifica del corpo al tempo passato nello spazio nell'espressione ed epigenetica dei geni, cosa che non è mai stata osservata prima."

Che questo significhi che nelle cellule di Scott Kelly si siano attivati specifici "geni spaziali" resta da vedersi. Bailey, Mason e gli altri team di ricerca passeranno almeno tutto il prossimo anno a perfezionare e paragonare i risultati ottenuti, con lo scopo di arrivare a una migliore comprensione di come viaggiare nello spazio possa condizionare l'espressione genetica e i comportamenti dell'individuo.

"È da qui che, secondo me, si vedrà la vera forza dello studio, non appena inizieremo a mettere insieme i pezzi," ha detto Bailey. "Abbiamo qualcosa di inusuale tra le mani. Non sappiamo ancora che cosa, ma scoprirlo sarà un compito intrigante e affascinante."