Un nuevo estudio de la Northwestern University descubrió que los vuelos espaciales, tanto a bordo de un transbordador espacial como de la Estación Espacial Internacional EEI, tienen un efecto constante en el microbioma intestinal.
Los investigadores del Noroeste desarrollaron una herramienta analítica novedosa para comparar datos de microbiomas de ratones desde 2011. Llamado STARMAPS Prueba de similitud para patrones de abundancia de microbiomas acordes y reproducibles, la herramienta indica que los vuelos espaciales causan un cambio específico y constante en la abundancia, proporciones y diversidad de bacterias en el intestino.
Quizás lo más sorprendente es que el equipo también utilizó STARMAPS para comparar los datos de los vuelos espaciales con los datos recopilados de los estudios basados en la Tierra sobre los efectos de la radiación en el intestino. Efectivamente descartaron la radiación espacial como la causa de los cambios en el microbioma durante los vuelos espaciales.
"La radiación definitivamente tiene un efecto en el microbioma intestinal", dijo Martha Vitaterna de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Pero esos efectos no se parecen a lo que vimos en los vuelos espaciales".
El estudio publicado la semana pasada en la revista Microbioma . Vitaterna es profesor de investigación en neurobiología en el Colegio 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 antiguo colaborador Fred W. Turek, también de Northwestern, lideraron la sección de microbiomas del Estudio Gemelo de la NASA, que comparó los cambios fisiológicos en el astronauta Scott Kelly con su gemelo Mark.El microbioma intestinal del astronauta Scott Kelly afectado por el espacio, no era suficiente información para sacar conclusiones generales sobre los efectos de los vuelos espaciales en el cuerpo humano.
"Si vamos a enviar humanos a Marte o en largas misiones a la luna, es esencial comprender los efectos de la exposición a largo plazo del ambiente espacial en nosotros, y en los billones de bacterias que viajan con nosotros,"dijo Turek, profesor de neurobiología de Charles y Emma Morrison en Weinberg, quien fue coautor del artículo". Si bien hemos estudiado los efectos de un año en el espacio sobre la microbiota de Scott Kelly, necesitamos usar ratones en mayor número para establecer elefectos 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 el otoño de 2014, entregó su primer grupo de ratones a la ISS para una estadía de 37 días. Desde ese experimento llamado Rodent Research-1, la NASAposteriormente entregó siete grupos más de ratones a la EEI, 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 vuelo espacial más un grupo de control de tierra, un grupo de referencia y un grupo de laboratorio que se alojó en una instalación convencional de ratones durante la misma duración del viaje.También examinó muestras de ratones de la misión final del transbordador espacial estadounidense, STS 135, que se lanzó en 2011.
Los investigadores han tenido dificultades para analizar todos los datos debido a la gran cantidad de datos. Hay cientos de especies bacterianas diferentes en el intestino, y diferentes individuos pueden tener comunidades bacterianas intestinales muy diferentes al comienzo de un experimento. Esto hace que sea un desafíopara detectar cuando hay una respuesta consistente.
"No había un enfoque estadístico para hacer este trabajo", dijo Vitaterna. "Las herramientas no existían, así que las inventamos. Es un caso clásico de cómo la necesidad es la madre de la invención".
"Sabíamos que los vuelos espaciales afectan el microbioma, por lo que podríamos haberlo analizado anecdóticamente", dijo Jiang. "Pero hay muchas limitaciones para eso. Necesitábamos una visión más completa y de alto nivel. Entonces podríamos decirque 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. Luego, los usuarios pueden ver más fácilmente los patrones en los que diferentes tipos de bacterias se vuelven más o menos abundantes en diferentes condiciones.
Usando esta herramienta, los investigadores del Noroeste notaron de inmediato que los microbiomas en los ratones de vuelo espacial y de control de tierra se veían de manera muy diferente a los otros dos grupos. El grupo de control de tierra vive en un simulador de ambiente que coincide directamente con los hábitats de vuelo espacial. La composición del gas, la temperaturay la dieta son exactamente iguales
"Descubrimos que el hábitat tiene un gran impacto", dijo Vitaterna.
Aunque los investigadores no utilizaron STARMAPS para analizar muestras recolectadas del astronauta Scott Kelly durante su año en el espacio, notaron que sus datos se ajustan al mismo patrón consistente causado por los vuelos espaciales.
"Algunos de los cambios de alto nivel son similares", dijo Jiang. "Vimos que las proporciones de los mismos tipos principales de bacterias cambian en la misma dirección y un ligero aumento en la diversidad general. Eso es consistente".
descartando la radiación
Pero, aún así, 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 profundizaron más.
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 en el microbioma causados por el vuelo espacial versus la radiaciónno emparejaron.
Vitaterna y Jiang creen que la microgravedad podría causar el efecto de los vuelos espaciales, pero están de acuerdo en que se necesita 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 del intestinoLas bacterias durante el vuelo espacial se parecen más al estrés.
"Comprender los factores que pueden reducir este tipo de cambio de microbioma sería información útil para contrarrestar los efectos del estrés en la Tierra", dijo. "Comprender qué factores genéticos contribuyen a las diferencias en las cepas bacterianas será útil paradesarrollar contramedidas que puedan proteger su microbioma durante períodos estresantes "
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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