Mark Kelly, à gauche, face à son frère jumeau Scott, à droite, qui a séjourné 340 jours dans l’espace, à bord de l’ISS. © Nasa

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Nasa : après un an dans l’espace, l’astronaute Scott Kelly n’est plus le même

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Imaginez envoyer un astronaute dans l'espace pendant un an et pouvoir comparer les réactions de son corps avec celles de son jumeau resté sur Terre. C'est exactement ce qu'a fait la Nasa, qui vient de publier les résultats d'une étude permettant de donner une meilleure idée des conséquences sur les humains de longs séjours dans l'espace.

Cette étude va « guider la recherche biomédicale spatiale et permettre des voyages plus sûrs vers Mars », s'est réjoui Steven Platts, directeur adjoint du programme de la Nasa consacré aux missions habitées. L'arrivée du premier humain sur Mars, après un vol de plusieurs mois, est prévue par l'agence américaine en 2033.

L'astronaute américain Scott Kelly, 50 ans, a passé un an dans la Station spatiale internationale (ISS), pendant que son frère Mark Kelly, ancien astronaute lui-même, restait sur la terre ferme. Les chercheurs ont observé attentivement les changements provoqués par leurs environnements respectifs sur leur corps. Les résultats, publiés dans la prestigieuse revue Science, montrent que la plupart des modifications provoquées par un voyage spatial disparaissent peu à peu après le retour sur la Planète bleue.

Logo de The Twins Study, la vaste étude menée par la Nasa sur les deux jumeaux astronautes. © Nasa

Une étude sur l’adaptation du corps humaine réagit dans l’espace

L'étude est « l'appréciation la plus complète que nous ayons jamais eue de la réponse du corps humain à un vol dans l'espace », selon Susan Bailey, de l'université de l'État du Colorado. Utilisant Mark comme référence, les 84 chercheurs, issus de 12 universités différentes, ont documenté les conséquences moléculaires, cognitives et physiologiques des 340 jours consécutifs passés par Scott dans l'espace, entre 2015 et 2016. L'intérêt de l'exercice ? « Parce qu'ils sont jumeaux, ils ont essentiellement le même code génétique », explique Andy Feinberg, de l'université Johns Hopkins. « De ce fait, toutes les différences constatées durant le vol spatial » peuvent être attribuées à ce voyage, souligne Susan Bailey.

Scott, qui a comme son frère participé par le passé à plusieurs missions de la navette spatiale américaine, a été examiné avant, pendant et après son voyage. Du sang, de l'urine et des échantillons de selles ont été rapportés sur Terre à bord de vaisseaux ravitailleurs. Parallèlement, les chercheurs ont également surveillé Mark, dénommé « référent génétique terrestre ».

Scott Kelly a témoigné de sa fatigue à son retour. « C'était comme si j'avais la grippe », a-t-il raconté, faisant part de douleurs articulaires et musculaires. « J'étais nauséeux, étourdi. » « Des milliers de changements moléculaires et génétiques surviennent lorsque quelqu'un va dans l'espace », expose Michael Snyder, de l'université de Stanford. Mais « pratiquement tout cela revient à la normale dans les six mois, a-t-il expliqué. C'est rassurant de savoir que lorsque vous rentrez, les choses rentrent globalement dans l'ordre ».

L’étude sur les jumeaux Scott et Mark Kelly fait la Une du dernier numéro de la revue Science. © Science

Quels changements ont été observés par la Nasa ?

Des mesures de l'épaisseur de la paroi de l'artère carotide des deux frères ont été prises. Un épaississement peut être l'indicateur de maladies cardiovasculaires ou de risques d'accident vasculaire cérébral (AVC). « Notre découverte principale est que la paroi de l'artère carotide de Scott s'est épaissie lors du vol, et est restée ainsi pendant toute la durée de la mission », a expliqué Stuart Lee, du centre spatial Johnson de la Nasa. Le même changement n'a pas été observée chez Mark. Scott a également perdu 7 % de sa masse corporelle pendant qu'il se trouvait dans l'ISS, tandis que celle de Mark a elle augmenté de 4 % sur la même période.

Un vaccin contre la grippe leur a été administré, déclenchant la même réaction immunitaire chez les deux frères. Les jumeaux ont également été soumis à une batterie de tests cognitifs avant, pendant et après la mission. Ceux-ci ont montré que les performances de Mark avaient décliné à son retour, en termes de vitesse et de justesse.

En anglais, graphique résumant ce que les chercheurs ont appris et découverts dans le cadre de The Twins Study. © Nasa

L’influence de l’espace sur les gènes humains

Chris Mason, généticien au Weill Cornell Medicine, s'est lui penché sur l'influence de l'environnement si particulier qu'est l'espace sur les gènes humains. La « vaste majorité, plus de 90 % » des changements observés, ont disparu une fois de retour sur Terre, dit-il.

L'une des observations les plus intéressantes a été faite par l'équipe de Susan Bailey, qui s'est penchée sur les télomères. Ces derniers se trouvent à l'extrémité des chromosomes et raccourcissent habituellement avec l'âge, ce qui fait d'eux un marqueur de la vieillesse. Avant la mission, ceux de Mark et Scott étaient très similaires. Mais les chercheurs ont été surpris de constater chez Scott une « élongation des télomères » pendant son séjour dans l'ISS. Les scientifiques cherchent à déterminer si l'exposition plus élevée aux radiations dans l'espace, une inflammation ou encore le stress, pourraient être la cause de cet allongement.

Attention, cette découverte « ne peut pas vraiment être vue comme la fontaine de jouvence » ou comme la preuve que les humains pourraient « vivre plus longtemps dans l'espace », a toutefois prévenu Susan Bailey. La longueur des télomères a en effet « très rapidement » décru après le retour sur Terre de Scott.

Pour en savoir plus

Voyager dans l'espace peut modifier votre ADN

Article de Xavier Demeersman publié le 2 février 2017

La Nasa, qui prépare les missions habitées vers Mars, a dévoilé les premiers résultats de l'expérience médicale à laquelle se sont prêtés les deux frères jumeaux Scott et Mark Kelly. Et ils ne sont pas encourageants : l'expression des gènes est modifiée chez l'un et pas chez l'autre. Les chercheurs avouent avoir été surpris par l'ensemble des résultats.

C'est dans une décennie environ que Mars devrait voir débarquer à sa surface les tout premiers explorateurs humains. Sur Terre, nombre d'ingénieurs, de techniciens et de chercheurs, dans diverses disciplines scientifiques, s'affairent pour préparer ce voyage très délicat  sur cette planète voisine qui nous fascine depuis des temps immémoriaux.

Mais le voyage vers Mars est long. Il faut, à l'heure actuelle, autour de six mois pour parcourir les dizaines de millions de kilomètres qui nous séparent de la Planète rouge. Quelles peuvent être les conséquences physiologiques et aussi psychologiques pour l'équipage ?, s'interrogent les scientifiques. Comment se comporte l'être humain dans cette situation, loin, très loin de la Terre ? Pour le moment, il reste encore beaucoup d'inconnues, tandis que les études sur les effets d'un séjour prolongé dans l'espace se multiplient. L'une des plus avancées vient de livrer ses premiers résultats. Et ils sont pour le moins surprenants.

Comparer les génomes des frères jumeaux Kelly

Tout d'abord, il faut préciser que ce ne sont vraiment que les premiers résultats qui ont été dévoilés ce 26 janvier, lors d'un colloque de scientifiques du Human Research Program de la Nasa au Texas, et dans la revue Nature. Au centre de ces recherches, deux jumeaux : Scott et Mark Kelly. Ils ont donc quasiment les mêmes génomes et aussi (presque) les mêmes activités. En effet, ce sont tous les deux des astronautes expérimentés. L'un, Scott, est même le codétenteur du record du plus long séjour dans l’espace, avec 340 jours à bord de la Station spatiale internationale (ISS), entre 2015 et 2016. Au total, il cumule 520 jours. Son frère Mark a, quant à lui, passé 54 jours dans l'espace, à travers différentes missions à bord des navettes spatiales.

Les deux frères jumeaux Mark (à gauche) et Scott (à droite) Kelly. © Nasa

L'expérience qui est menée avec eux, loin d'être terminée, s'emploie entre autres à comparer le génome de Scott, qui est donc resté près d'un an dans l'espace, avec celui de son frère resté sur Terre, au même moment. Les mesures réalisées avant, pendant et après montrent des changements de l'expression des gènes, de la méthylation de l'ADN et de plusieurs marqueurs biologiques, comme la flore intestinale. C'est simple, « presque tout le monde rapporte avoir vu des différences », raconte Christopher Mason (Weill Cornell Medicine, New York), l'un des généticiens qui a participé à l'étude. Alors, est-ce dû au séjour dans l'espace ou plus simplement à divers facteurs naturels ?

Le séjour dans l'espace a modifié les génomes

Dans le cas de Scott, ses télomères sont plus longs que ceux de Mark. « C'est exactement le contraire de ce que nous pensions » a déclaré la biologiste spécialiste des rayonnements Susan Bailey (Colorado State University), après avoir vérifié les résultats auprès d'un second laboratoire. Puis, de retour sur Terre, leurs longueurs sont revenues au niveau d'avant son départ. Pour éclaircir cette énigme, les génomes de 10 astronautes déjà partis ou qui partiront d'ici 2018 sont étudiés parallèlement.

Pour ce qui est de la méthylation, les scientifiques ont constaté qu'elle avait diminué chez Scott lorsqu'il était dans l'espace, alors qu'elle avait augmenté chez Mark au même moment. Puis après le retour du premier, les niveaux sont revenus à ceux d'avant le départ. Ce que cela signifie, les généticiens de l'équipe comme Andrew Feinberg, de l'école de médecine de l'université John Hopkins, avouent encore l'ignorer.

Enfin, les signatures d'expression des gènes chez les deux hommes diffèrent aussi. Bien que cela soit le produit de multiples facteurs sur Terre, comme l'environnement, l'alimentation, le sommeil, etc., les changements semblent plus forts que la normale chez Scott. Pour les spécialistes qui l'ont suivi, cela peut être imputable aux conditions éprouvées dans l'espace, la nourriture lyophilisée par exemple, et le sommeil, parfois difficile à trouver. Rappelons que, pour les habitants de l'ISS, le Soleil se lève toutes les 90 minutes et que le corps, bien qu'attaché pour dormir, ressent l'apesanteur.

Ces résultats, déjà très riches de données, seront suivis d'autres au cours des prochains mois et années. L'enjeu pour la Nasa est bien sûr de comprendre les effets sur le corps humain d'un long voyage dans l’espace, et aussi de mettre en place une médecine personnalisée qui permettrait de prévenir les maladies pour des futurs candidats au départ vers la Lune, Mars et au-delà.

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