Un nuevo estudio de la Universidad Northwestern descubrió que los vuelos espaciales, tanto a bordo de un transbordador espacial como de la Estación Espacial Internacional (ISS), tienen un efecto constante en el microbioma intestinal.

Los investigadores de Northwestern desarrollaron una herramienta analítica novedosa para comparar datos de microbiomas de ratones desde 2011. Llamada STARMAPS (Prueba de similitud para patrones de abundancia de microbiomas compatibles y reproducibles), la herramienta indica que el vuelo espacial provoca un cambio constante en la abundancia, proporciones y diversidad de bacterias en el intestino.

Quizás lo más sorprendente, El equipo también utilizó STARMAPS para comparar los datos de los vuelos espaciales con los datos recopilados de estudios realizados en la Tierra sobre los efectos de la radiación en el intestino. De hecho, descartaron la radiación espacial como la causa de cambios en el microbioma durante los vuelos espaciales.

"La radiación definitivamente tiene un efecto sobre el microbioma intestinal, "dijo Martha Vitaterna de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Pero esos efectos no se parecen a los que vimos en los vuelos espaciales".

El estudio se publicó la semana pasada en la revista Microbiome. Vitaterna es profesora de investigación en neurobiología en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Peng Jiang, profesor asistente de investigación en neurobiología en Weinberg, fue el primer autor del artículo.

Vitaterna y su colaborador durante mucho tiempo Fred W. Turek, también del noroeste, dirigió la sección de microbioma del Estudio de gemelos de la NASA, que comparó los cambios fisiológicos en el astronauta Scott Kelly con su gemelo Mark en la Tierra. Aunque Turek y Vitaterna encontraron que un año en el espacio afectó al microbioma intestinal del astronauta Scott Kelly, no había datos suficientes para sacar conclusiones generales sobre los efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo humano.

"Si vamos a enviar humanos a Marte o en misiones largas a la luna, Es esencial comprender los efectos de la exposición a largo plazo del entorno espacial en nosotros y en los billones de bacterias que viajan con nosotros. "dijo Turek, el profesor Charles y Emma Morrison de neurobiología en Weinberg, quien fue coautor del artículo. "Si bien hemos estudiado los efectos de un año en el espacio en la microbiota de Scott Kelly, necesitamos usar ratones en mayor número para establecer los efectos del espacio ".

La necesidad produce herramientas

La NASA ha estudiado los efectos de la microgravedad en los procesos biológicos de los ratones durante muchos años. En otoño de 2014, entregó su primer grupo de ratones a la EEI para una estadía de 37 días. Desde ese experimento (llamado Rodent Research-1), Posteriormente, la NASA ha entregado siete grupos más de ratones a la ISS, incluido el experimento Rodent Research-7 del equipo de Northwestern.

Vitaterna y Jiang comenzaron con muestras de Rodent Research-1, que incluía el grupo de vuelos espaciales más un grupo de control terrestre emparejado, un grupo de referencia y un grupo de laboratorio que se alojó en una instalación convencional para ratones durante la misma duración del viaje. También observaron muestras de ratones de la última misión del transbordador espacial estadounidense, STS 135, que se lanzó en 2011.

Los investigadores han tenido problemas para procesar todos los datos debido a la gran cantidad de datos. Hay cientos de diferentes especies de bacterias en el intestino, y diferentes individuos pueden tener comunidades bacterianas intestinales muy diferentes al comienzo de un experimento. Esto hace que sea difícil detectar cuándo hay una respuesta consistente.

"No había un enfoque estadístico para hacer este trabajo, "Dijo Vitaterna." Las herramientas no existían, así que los inventamos. Es un caso clásico de cómo la necesidad es la madre de la invención ".

"Sabíamos que los vuelos espaciales afectan al microbioma, para que pudiéramos haber analizado esto de forma anecdótica, ", Dijo Jiang." Pero hay muchas limitaciones para eso. Necesitábamos un vista de alto nivel. Entonces podríamos decir que los cambios en el microbioma son comparables entre múltiples vuelos espaciales ".

Mapeo del microbioma

STARMAPS proporciona un nuevo método para colocar todos los datos de diferentes experimentos en el mismo espacio multidimensional. Entonces, los usuarios pueden ver más fácilmente patrones en los que los diferentes tipos de bacterias se vuelven más o menos abundantes en diferentes condiciones.

Usando esta herramienta, Los investigadores de Northwestern notaron de inmediato que los microbiomas en los ratones de vuelo espacial y de control terrestre se veían de manera muy diferente a los otros dos grupos. El grupo de control terrestre vive en un simulador de entorno que coincide directamente con los hábitats de los vuelos espaciales. La composición del gas, la temperatura y la dieta son exactamente iguales.

"Descubrimos que el hábitat tiene un gran impacto, "Dijo Vitaterna.

Aunque los investigadores no usaron STARMAPS para analizar muestras recolectadas del astronauta Scott Kelly durante su año en el espacio, notaron que sus datos encajaban igual, patrón constante causado por el vuelo espacial.

"Algunos de los cambios de alto nivel son similares, ", Dijo Jiang." Vimos que las proporciones de los mismos tipos principales de bacterias cambiaron en la misma dirección y un ligero aumento en la diversidad general. Eso es consistente ".

Descartando la radiación

Pero, todavía, Los microbiomas de los ratones de vuelo espacial y de control terrestre eran bastante diferentes entre sí. Esto demuestra que hay un efecto distinto de los vuelos espaciales. Para encontrar qué podría causar ese efecto, los investigadores cavaron más profundo.

Una posibilidad era que la exposición a la radiación en el espacio pudiera causar el cambio del microbioma. Jiang encontró múltiples estudios basados ​​en la Tierra sobre los efectos de la radiación en el microbioma del ratón y los analizó con STARMAPS. Descubrieron que los cambios del microbioma causados ​​por los vuelos espaciales frente a la radiación no coincidían.

Vitaterna y Jiang creen que la microgravedad podría causar el efecto de vuelo espacial, pero están de acuerdo en que se necesita hacer más trabajo. Actualmente están procesando muestras de Rodent Research-7 y esperan que los datos contengan más pistas. Vitaterna dijo que la diversidad y las proporciones de bacterias intestinales durante los vuelos espaciales se parecen mucho al estrés.

"Comprender los factores que pueden reducir este tipo de cambio en el microbioma sería información útil para contrarrestar los efectos del estrés en la Tierra, "Comprender qué factores genéticos contribuyen a las diferencias en las cepas bacterianas será útil para desarrollar contramedidas que puedan proteger su microbioma durante períodos estresantes".