Il sistema STARMAPS e le modifiche del microbiota degli astronauti

Un nuovo strumento sviluppato dai ricercatori della Northwestern University mostra che il volo spaziale altera costantemente la diversità dei batteri nell’intestino degli astronauti. Parliamo del sistema STARMAPS.

I batteri in orbita ed il sistema STARMAPS

Lo strumento, chiamato Test di somiglianza per modelli di abbondanza di microbiomi compatibili e riproducibili (STARMAPS), è stato utilizzato per analizzare e comparare i dati ottenuti in diversi esperimenti, inclusi campioni raccolti da topi inviati alla navetta spaziale e alla Stazione Spaziale Internazionale, Twins Study della NASA e studi terrestri sugli effetti delle radiazioni sull’intestino.

Una vasta gamma di dati suggerisce che i topi sulla navetta spaziale e sulla stazione spaziale hanno subito cambiamenti del microbioma simili a quelli che l’astronauta Scott Kelly ha sperimentato durante i suoi 11 mesi nello spazio.

Il nuovo studio mostra anche che questi cambiamenti del microbioma sono probabilmente causati dalla microgravità, piuttosto che dalle radiazioni, secondo una dichiarazione della Northwestern University in Illinois.

Cosa influisce nel cambiamento batterico?

La radiazione ha sicuramente un effetto sul microbioma intestinale, ma i suoi effetti non sono sovrapponibili a quelli che sono stati rilevati nello spazio.

Lo studio, infatti, ha esaminato i campioni provenienti da topi dell’ultima missione spaziale americana, STS-135, lanciata nel 2011, nonché i campioni da sette diversi gruppi di topi che sono stati inviati alla stazione spaziale come parte della missione Rodent Research della NASA, iniziata nel 2014.

I cambiamenti del microbioma osservati nei gruppi di topi studiati sulla stazione spaziale sono stati confrontati con un gruppo di controllo, che viveva in un ambiente che simula gli habitat dei voli spaziali. Lo studio includeva anche i dati di un gruppo di base e di un gruppo di laboratorio, risalenti da una struttura convenzionale.

Scott and Mark Kelly at a press event in 2015 before Scott's nearly yearlong stay on the International Space Station. Researchers carefully tracked both twins over the course of the mission and afterward to observe how Scott's body and capabilities changed due to spaceflight.

Figura 1 – Scott e Mark Kelly in occasione di un evento stampa nel 2015 prima dell’esperienza di Scott sulla Stazione Spaziale Internazionale. I ricercatori hanno seguito con attenzione entrambi i gemelli nel corso della missione e in seguito per osservare come il corpo e le capacità di Scott sono cambiati a causa del volo spaziale. (Imag: © NASA/Robert Markowitz)

Inoltre, i ricercatori hanno analizzato i dati dello studio Twins Study della NASA, che ha confrontato i cambiamenti fisiologici dell’astronauta Scott Kelly con il suo gemello “terrestre”, Mark, anch’egli un astronauta.

Qual è la causa di tale cambiamento?

Sebbene la ricerca abbia dimostrato che il volo spaziale provochi cambiamenti significativi nella diversità dei batteri nel microbioma intestinale, la causa esatta dei cambiamenti non era del tutto chiara.

Usando STARMAPS, i ricercatori sono stati in grado di identificare modelli in cui diversi tipi di batteri diventano più o meno abbondanti in varie condizioni. Pertanto, il nuovo strumento offre una visione molto più completa di come il volo spaziale influenzi i microbiomi intestinali degli astronauti.

Quali sono stati i risultati?

Lo studio ha rivelato cambiamenti simili del microbioma nei topi del volo spaziale e in quelli di controllo, rispetto agli altri due gruppi di topi. I dati dello studio sui gemelli hanno anche mostrato lo stesso schema di cambiamenti del microbioma in Scott Kelly, che stava facendo il suo quarto volo spaziale durante lo studio dei gemelli. Questa scoperta suggerisce che i cambiamenti del microbioma sono comparabili tra più voli spaziali.

Se si inviano esseri umani su Marte o per lunghe missioni sulla Luna, è essenziale comprendere gli effetti dell’esposizione a lungo termine dell’ambiente spaziale su di essi, e sui trilioni di batteri che viaggiano con loro.

Tuttavia, ci sono state lievi differenze nei cambiamenti del microbioma osservati tra i gruppi di topi di volo spaziale e di controllo, il che indica che l’habitat gioca un ruolo chiave.

Perché questo studio è importante?

Precedenti studi sugli effetti delle radiazioni sul microbioma del topo non mostrano lo stesso schema di alterazioni del microbioma. Pertanto, i ricercatori ritengono che la microgravità possa avere un effetto distinto sul microbioma intestinale, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche.

Comprendere i fattori che possano ridurre questo tipo di cambiamento del microbioma sarebbe un’informazione utile da avere per compensare gli effetti dello stress sulla Terra.

Di fatto, comprendere quali fattori genetici contribuiscono alle differenze nei ceppi batterici sarà utile per sviluppare contromisure in grado di proteggere il microbioma durante i periodi di stress.

Alice Marcantonio

Fonte

  • Peng Jiang, et al. Reproducible changes in the gut microbiome suggest a shift in microbial and host metabolism during spaceflight. Microbiome volume 7, Article number: 113 (2019)

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