Q&A: How Animals Change in Space / Domande e risposte: come cambiano gli animali nello spazio

Q&A: How Animals Change in Space / Domande e risposte: come cambiano gli animali nello spazio

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Weill Cornell Medicine geneticist Christopher Mason speaks with The Scientist about a bolus of new work on the physiological, cellular, and molecular effects of leaving Earth.

Humans have been traveling out of the Earth’s atmosphere to explore the near-reaches of our solar system for decades, but biologists have only a rudimentary understanding of how this influences astronauts’ health, says Christopher Mason, a geneticist at Weill Cornell Medicine. A collection of more than a dozen studies authored by more than 200 scientists, published today (November 25) in Cell Press journals, aims to characterize the molecular and cellular changes that occur as a result of spaceflight.

“It’s a little bit preposterous to have so much come out all at once,” admits Mason, who says there’s more on the way. “But it’s a big unknown question so we wanted to address it with a lot of data.”

The Scientist spoke with Mason, a coauthor on nine of the new papers and a review of the collection, to learn more about the research.

The Scientist: In the press release I got from Cell Press, it says this is “the largest set of astronaut data and space biology data ever produced.” How did this come about?

Christopher Mason: A lot of this was inspired by some early work with the NASA Twin Study, which started in 2014. . . . Continuously throughout that study, we kept observing intriguing biochemical, physiological, genetic, and even cognitive changes that were occurring due to being in space for a year. . . . Every time we saw something interesting in the Twin Study, that was in [astronauts] Scott versus Mark [Kelly], we immediately wanted to think, well, how frequent is this and other astronauts—do we see the same thing in them? Do we see it to the same degree? . . . And how much can we see this across other organisms? . . . A lot of these questions we really had no idea of what any of those answers would be. But then I’m also on the steering committee for the GeneLab group. Have you heard of GeneLab before?

TS: No, I haven’t.

CM: It’s NASA’s repository of basically anything that’s nonhuman that’s been flown to space and then profiled in any way, say, gene expression profiling, epigenetics, any way you’ve done a characterization of the sample. . . . And so I had a student in 2016 and ’17 who started building an API [application programming interface] so we could do rapid queries of those data sets. And so that’s some of the genesis [of this new collection]: fundamentally, the big question was, Is there something we can learn about a set of consistent features of the physiological response to spaceflight? . . . And so this was the bridge data from 59 astronauts, as well as any mouse or rat or any organism that’s ever been flown in space that’s been characterized up there and when it got back. So it was to try and think, what are the consistent features of spaceflight, so we can begin to address them with countermeasures and future studies.

TS: Which of the collection studies do you find most exciting?

CM: I really was excited to see some of the same microRNAs that we observed in Scott Kelly when he was up in space also were observed in some of the mouse models and also what’s called the hindlimb unloading models, where you actually try and simulate microgravity on Earth as best you can. But some of the same signatures would show up from mouse models in space, from mouse models on Earth, and also in astronauts in flight. And what’s really cool is that it seemed to be if you control the regulation of those microRNAs, you can actually prevent some of the radiation-dependent damage.

The other ones I really like. . . . As identical twins, [Mark and Scott Kelly are] becoming less identical as each day passes. And that’s because one of the things we discovered in the sequencing of their genomes in their blood cells is they each have different mutations [known to increase the risks of cardiovascular disease, cancer, and other health outcomes]. Which is not surprising. As every cell divides, you get what’s called somatic mutations. . . .The mutations that we found in Scott before his flight, they actually were slightly improved [became less abundant] as a consequence of spaceflight . . . but then came back up after he got back to Earth—[an effect now also seen in other astronauts]. . . . So we proposed in the paper that this is something that’s relatively easy to do—it’s just with a blood draw—and gives you a quantitative measure of some of the genetic risk long-term for the astronauts. We just got an additional grant to study this for more astronauts from NASA.

[In another study, we found that astronauts’] telomeres got longer [while in space]. And then we led a study to get samples from the top of Mount Everest—it’s basically the closest you can get to the space station while you’re on Earth, and also it’s a hypoxic environment that has more radiation and is high stress. And they also showed longer telomeres and oxidative damage when they were climbing the top of the mountain.

TS: How do you see these results being applied? What are you learning that will enable or improve human spaceflight going forward?

CM: The clonal hematopoiesis [method] is becoming a standard of care at most cancer centers around the country and around the world. And so this idea of using highly sensitive genetic mapping technology to see, is someone carrying a mutation . . . the grant we just got from NASA is to continue to do that work for future astronauts. NASA has something called the standard measures, which is, what are the things that you should be continually measuring for astronauts? And I think this will become one of those metrics. . . . Some of the methods [we used for] long-read sequencing and also ways to measure telomeres, those are new methods that will be used for future astronauts. And one of the papers, we put a list of all the potential pharmacological interventions you could use [to prevent or counteract some of the damage done to human cells and tissues in space].

In particular, we found a lot of the changes in the cytokines in Scott when he landed were really rough on his body. . . . Like IL-6, for example, which you may have seen in the news, because that’s something that is really elevated in COVID patients. So we think some of the same stressors [of space travel] have a really intriguing intersection with other infections or severe stressors on the body. . . . I think the astronaut studies can inform the terrestrial treatments and terrestrial treatments can inform astronauts studies, and serve as kind of a back-and-forth enrichment of knowledge that could help in both contexts.

ITALIANO

Il genetista di Weill Cornell Medicine Christopher Mason parla con The Scientist  di un bolo di nuovo lavoro sugli effetti fisiologici, cellulari e molecolari dell'abbandono della Terra.

Gli esseri umani hanno viaggiato fuori dall'atmosfera terrestre per esplorare i confini del nostro sistema solare per decenni, ma i biologi hanno solo una comprensione rudimentale di come questo influenzi la salute degli astronauti, afferma Christopher Mason , genetista della Weill Cornell Medicine. Una raccolta di più di una dozzina di studi scritti da più di 200 scienziati, pubblicata oggi (25 novembre) sulle riviste Cell Press, mira a caratterizzare i cambiamenti molecolari e cellulari che si verificano a seguito del volo spaziale.

"È un po' assurdo che sia uscito così tanto tutto in una volta", ammette Mason, che dice che c'è dell'altro in arrivo. "Ma è una grande domanda sconosciuta, quindi abbiamo voluto affrontarla con molti dati."

Lo scienziato ha  parlato con Mason, un coautore di nove dei nuovi articoli ed una revisione della raccolta, per saperne di più sulla ricerca.

The Scientist : Nel comunicato stampa che ho ricevuto da Cell Press, si dice che questo è "il più grande set di dati di astronauti e dati di biologia spaziale mai prodotto". Come è avvenuto questo?

Christopher Mason:

Molto di questo è stato ispirato da alcuni primi lavori con la NASA Twin Study , iniziato nel 2014.. . . Continuamente durante lo studio, abbiamo continuato a osservare intriganti cambiamenti biochimici, fisiologici, genetici e persino cognitivi che si stavano verificando a causa della permanenza nello spazio per un anno. . . . Ogni volta che vedevamo qualcosa di interessante nel Twin Study, che era in [astronauti] Scott contro Mark [Kelly], volevamo immediatamente pensare, beh, quanto è frequente questo e altri astronauti: vediamo la stessa cosa in loro? Lo vediamo nella stessa misura? . . . E quanto possiamo vederlo in altri organismi? . . . Molte di queste domande non avevamo davvero idea di quali sarebbero state le risposte. Ma poi sono anche nel comitato direttivo del gruppo GeneLab. Hai mai sentito parlare di GeneLab?

TS : No, non l'ho fatto.

CM:

È il deposito della NASA di praticamente tutto ciò che è non umano che è stato trasportato nello spazio e poi profilato in qualsiasi modo, diciamo, profilo dell'espressione genica, epigenetica, in qualsiasi modo tu abbia fatto una caratterizzazione del campione. . . . E così ho avuto uno studente nel 2016 ed e' il 17 che ha iniziato a creare un'API [interfaccia di programmazione dell'applicazione] in modo da poter eseguire ricerche rapide di quei set di dati. E quindi questa è parte della genesi [di questa nuova collezione]: fondamentalmente, la grande domanda era: c'è qualcosa che possiamo imparare su un insieme di caratteristiche coerenti della risposta fisiologica al volo spaziale? . . . E quindi questi erano i dati di 59 astronauti, così come qualsiasi topo o ratto o qualsiasi organismo che abbia mai stato volato lassù nello spazio che è stato caratterizzato  quando è tornato. Quindi è stato per provare a pensare, quali sono le caratteristiche coerenti del volo spaziale,

TS : Quale degli studi sulla raccolta trovi più eccitante?

CM: Ero davvero entusiasta di vedere alcuni degli stessi microRNA che abbiamo osservato in Scott Kelly che quando era nello spazio sono stati osservati anche in alcuni dei modelli di topo e anche quelli che vengono chiamati modelli di scarico degli arti posteriori, dove in realtà provi a simulare la microgravità sulla Terra come meglio puoi. Ma alcune delle stesse firme sarebbero emerse dai modelli di topo nello spazio, dai modelli di topo sulla Terra e anche negli astronauti in volo. E la cosa veramente interessante è che sembrava che se controlli la regolazione di quei microRNA, puoi effettivamente prevenire alcuni dei danni dipendenti dalle radiazioni.

Gli altri mi piacciono molto. . . . Come gemelli identici, [Mark e Scott Kelly] stanno diventando meno identici ogni giorno che passa. E questo perché una delle cose che abbiamo scoperto nel sequenziamento dei loro genomi nelle cellule del sangue è che ognuno di loro ha mutazioni diverse [note per aumentare i rischi di malattie cardiovascolari, cancro ed altri esiti sulla salute]. Il che non è sorprendente. Quando ogni cellula si divide, si ottengono quelle che vengono chiamate mutazioni somatiche. . . Le mutazioni che abbiamo trovato in Scott prima del suo volo, in realtà sono state leggermente migliorate [sono diventate meno abbondanti] come conseguenza del volo spaziale. . . ma poi è tornato su dopo essere tornato sulla Terra - [un effetto ora visto anche in altri astronauti]. . . . Così abbiamo proposto nella rivista che questo è qualcosa che è relativamente facile da fare - è solo con un prelievo di sangue - e ti dà una misura quantitativa di alcuni dei rischi genetici a lungo termine per gli astronauti. Abbiamo appena ricevuto una sovvenzione aggiuntiva per studiarlo per altri astronauti della NASA.

[In un altro studio , abbiamo scoperto che i telomeri degli astronauti] si allungavano [mentre erano nello spazio]. E poi abbiamo condotto uno studio per ottenere campioni dalla cima del Monte Everest: è fondamentalmente il più vicino che puoi raggiungere alla stazione spaziale mentre sei sulla Terra, ed è anche un ambiente ipossico che ha più radiazioni ed è ad alto stress. E hanno anche mostrato telomeri più lunghi e danni ossidativi quando stavano scalando la cima della montagna.

TS : Come vedi che vengono applicati questi risultati? Cosa stai imparando che consentirà o migliorerà il volo spaziale umano in futuro?

CM: L'ematopoiesi clonale [metodo] sta diventando uno standard di cura nella maggior parte dei centri oncologici in tutto il paese e nel mondo. E quindi questa idea di usare una tecnologia di mappatura genetica altamente sensibile per vedere, è qualcuno che porta una mutazione. . . la sovvenzione che abbiamo appena ricevuto dalla NASA è di continuare a fare quel lavoro per i futuri astronauti. La NASA ha qualcosa chiamato misure standard, ovvero, quali sono le cose che dovresti misurare continuamente per gli astronauti? E penso che questa diventerà una di quelle metriche. . . . Alcuni dei metodi [che abbiamo usato per] il sequenziamento a lettura lunga ed anche i modi per misurare i telomeri, questi sono nuovi metodi che saranno usati per i futuri astronauti. E in uno dei documenti, abbiamo messo un elenco di tutti i potenziali interventi farmacologici che potresti usare [per prevenire o contrastare alcuni dei danni arrecati alle cellule ed ai tessuti umani nello spazio].

In particolare, abbiamo riscontrato che molti dei cambiamenti nelle citochine in Scott quando è atterrato erano molto violenti sul suo corpo. . . . Come IL-6, ad esempio, che potresti aver visto nei notiziari, perché è qualcosa che è davvero elevato nei pazienti COVID. Quindi pensiamo che alcuni degli stessi fattori di stress [del viaggio spaziale] abbiano un'intersezione davvero intrigante con altre infezioni o gravi fattori di stress sul corpo. . . . Penso che gli studi sugli astronauti possano informare i trattamenti terrestri ed i trattamenti terrestri possono informare gli studi sugli astronauti e servire come una sorta di arricchimento continuo della conoscenza che potrebbe aiutare in entrambi i contesti.

Da:

https://www.the-scientist.com/news-opinion/qa-how-animals-change-in-space-68193?utm_campaign=TS_DAILY%20NEWSLETTER_2020&utm_medium=email&_hsmi=101124765&_hsenc=p2ANqtz-_GE2fGN8qxbcOADr3Z4Hlybn8T5SGPS3i1f4ttn-Vyx6JX00Thr7sD1yrRB_tmGCGocmcKuGiXOUXx63-O9Hwc9P9_yafmdYJyw5Faq8-i8IyxRvQ&utm_content=101124765&utm_source=hs_email