Les voyages spatiaux vers la Lune, Mars et au-delà peuvent exposer les astronautes à des conditions extrêmes, entraînant des problèmes de santé potentiels. Pour se préparer à de futures missions de longue durée, la NASA étudie comment les effets de l’espace – changements de gravité, de rayonnement, etc. – ont un impact sur les «organismes modèles» ou d’autres types de vie biologiquement similaires aux humains. De nouvelles découvertes d’une étude utilisant des mouches des fruits sur la Station spatiale internationale suggèrent que les voyages dans l’espace ont un impact sur le système nerveux central, mais que la gravité artificielle offre une protection partielle contre ces changements.
« La microgravité présente des risques pour le système nerveux central, ce qui suggère que des contre-mesures pourraient être nécessaires pour les voyages spatiaux de longue durée », a déclaré le Dr Janani Iyer, scientifique du projet Universities Space Research Association (USRA) au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie et un auteur de l’article publié aujourd’hui dans Rapports de cellule. « Alors que nous retournons sur la Lune et sur Mars, la réduction des effets nocifs de la microgravité sera essentielle pour assurer la sécurité des futurs explorateurs. Cette étude est un pas dans la bonne direction pour explorer les effets protecteurs de la gravité artificielle dans l’espace et pour comprendre l’adaptation aux conditions de la Terre après le retour de l’espace. »
Les mouches des fruits sont l’organisme idéal pour ce type de recherche en raison de leurs similitudes avec les humains. Il existe un chevauchement important entre les processus cellulaires et moléculaires des mouches et des humains. Près de 75 % des gènes qui causent des maladies chez l’homme sont partagés par les mouches des fruits, ce qui signifie que plus nous en apprenons sur les mouches des fruits, plus les scientifiques disposent d’informations pour étudier l’impact de l’environnement spatial sur la santé humaine. Les mouches ont également une durée de vie beaucoup plus courte – environ deux mois et se reproduisent en deux semaines. Les trois semaines que les mouches passent dans l’espace équivaut à environ trois décennies de la vie d’un humain, donnant aux scientifiques plus d’informations biologiques dans un laps de temps plus court.
Comprendre la gravité de la situation
Dans cette étude, les scientifiques ont envoyé des mouches à la station spatiale pour une mission d’un mois dans un matériel nouvellement développé appelé la plate-forme multi-usage à gravité variable (MVP), capable de loger des mouches à différents niveaux de gravité. Les mouches de ce matériel avaient accès à de la nourriture fraîche pendant qu’elles vivaient et se reproduisaient. En utilisant des compartiments distincts, le MVP a permis de séparer différentes générations de mouches. Sur la station spatiale, un groupe de mouches des fruits a connu une microgravité similaire à leurs homologues humains. Un autre groupe a été exposé à la gravité artificielle en simulant la gravité terrestre sur la station spatiale à l’aide d’une centrifugeuse, un instrument qui tourne pour simuler la gravité. Pendant qu’ils étaient sur la station spatiale, des caméras dans le matériel enregistraient le comportement de ces « flyonautes ». À différents moments, certaines des mouches ont été gelées et sont retournées sur Terre pour étudier leur expression génétique.
Après le retour des mouches sur Terre, à bord d’une capsule SpaceX Dragon qui s’est écrasée dans l’océan Pacifique, les mouches ont été ramenées à Ames pour une analyse plus approfondie. À leur arrivée, les scientifiques d’Ames ont travaillé 24 heures sur 24 pendant deux jours pour trier les mouches et effectuer des tests comportementaux et biochimiques. Les mêmes analyses ont été effectuées sur un ensemble de mouches conservées sur Terre à titre d’expérience de contrôle, afin de fournir une base de référence pour comparer les données des « flyonautes ».
Cette étude a été l’une des premières du genre à adopter une approche intégrée de l’impact de l’environnement spatial sur le système nerveux. Les scientifiques ont examiné le comportement des mouches en observant leurs mouvements lorsqu’elles se déplaçaient dans leur habitat, les changements au niveau cellulaire dans le cerveau des mouches, l’impact des modifications de l’expression génique sur le système nerveux, etc. Les changements observés se présentaient sous de nombreuses formes, certaines faciles à voir simplement en regardant les caméras incluses dans les compartiments du MVP, d’autres nécessitant une étude plus approfondie lors du retour sur Terre. Les comportements étudiés comprenaient l’activité des mouches en vol et la capacité d’escalade lors du retour sur Terre. Les mouches ont une réponse naturelle pour grimper dans leur conteneur lorsqu’elles sont enfoncées, et cela a été utilisé comme test de leurs capacités après le vol. Les mouches en microgravité étaient plus actives que celles en gravité terrestre artificielle, mais ont également montré des difficultés lors de ce test d’escalade après leur retour sur Terre.
Une analyse plus approfondie au sol immédiatement après le vol a révélé des changements neurologiques chez les mouches exposées à la microgravité. Au fur et à mesure que les mouches se sont acclimatées au retour sur Terre après leur voyage, les mouches qui ont subi la gravité artificielle dans l’espace ont vieilli différemment. Ils ont fait face à des défis similaires mais moins graves pour les mouches qui étaient en microgravité.
Ouvrir la voie à de futures études
Les résultats de cette étude suggèrent que les vols spatiaux provoquent un stress dans les cellules de la mouche qui entraîne des impacts comportementaux et neurologiques négatifs, ainsi que des changements dans l’expression des gènes dans le cerveau de la mouche. Cependant, l’utilisation de la gravité artificielle peut apporter un soulagement temporaire aux difficultés causées par la microgravité dans l’espace sur le système nerveux d’une mouche des fruits, même s’il existe encore des complications de santé à long terme.
Parce que les mouches des fruits et les humains sont des organismes très différents, malgré leurs chevauchements génétiques, ces résultats ne peuvent pas parler directement de ce que les humains vivront au cours de leur vie dans l’espace, mais cela ouvre la voie aux scientifiques pour suivre lors de la conception de moyens de protéger les astronautes comme ils voyagent vers des destinations avec une variété de niveaux de gravité à l’avenir.
« Avec les prochaines missions spatiales de longue durée, où les astronautes seront exposés à différents niveaux de gravité, il est impératif que nous comprenions les impacts de la gravité altérée sur la fonction neurologique », a déclaré le Dr Siddhita Mhatre, scientifique senior de KBR Wyle. à Ames et auteur de l’article publié. « Si nous pouvons utiliser la gravité artificielle pour retarder les déficits liés à l’espace, nous pourrons peut-être prolonger les délais des futures missions. Et les vols dans l’espace, aux côtés des astronautes, contribueront à poursuivre nos efforts pour maintenir les astronautes en bonne santé. »
Siddhita D. Mhatre et al, La gravité artificielle protège partiellement les déficits neurologiques induits par l’espace chez Drosophila melanogaster, Rapports de cellule (2022). DOI : 10.1016/j.celrep.2022.111279