L’espace pourrait faire des ravages dans l’intestin humain

Cet article a été initialement publié par Magazine Undark.

Des trous noirs à la mort thermique de l’univers, l’espace présente des dangers énormes pour les humains. Mais alors que nous considérons les voyages spatiaux long-courriers, il existe d’autres dangers potentiels plus petits qui, selon certains chercheurs, pourraient mériter plus d’attention : les microbes de la Terre.

Les astronautes sont confrontés à de nombreux problèmes de santé connus dans l’espace et pendant les vols, notamment la perte osseuse, l’atrophie musculaire et les problèmes psychologiques. Et sur Terre, les chercheurs découvrent de plus en plus comment les diverses bactéries et autres micro-organismes qui vivent à l’intérieur et à l’extérieur des gens – le microbiome humain – affectent la santé physique et mentale.

L’espace, bien sûr, est un environnement entièrement différent de la Terre, avec une forme de rayonnement et de microgravité particulièrement dommageable. Bien que la science soit loin d’être certaine, ces différences dramatiques peuvent provoquer des changements inattendus dans le microbiome des astronautes. Cela pourrait, à son tour, entraîner une série de problèmes de santé, qui pourraient être plus prononcés lors de longs séjours dans l’espace (comme un voyage vers une autre planète).

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Pourtant, les implications d’un microbiome perturbé sont mal comprises, même sur Terre, déclare David Pearce, chercheur en biosciences à l’Université de Northumbria et auteur d’un article de 2022 explorant comment un voyage sur Mars pourrait affecter les microbes dans l’intestin. Cela rend la gamme de maladies et de maladies connexes dans l’espace difficile à prévoir. Et la recherche directe est limitée, car seulement environ 600 personnes ont déjà été dans l’espace. Ceux qui ont fait le voyage ne restent généralement pas longtemps, car la durée moyenne d’un voyage vers la Station spatiale internationale est d’environ six mois. Et certains chercheurs ne sont pas encore convaincus qu’il existe suffisamment de preuves suggérant que le microbiome humain changera beaucoup dans l’espace.

Pourtant, de nombreux chercheurs, dont Pearce, tentent de déterminer si les astronautes entreront ou non dans la dysbiose, un état dans lequel leur microbiome change de manière défavorable. « Parce qu’ils vont être absents pendant longtemps, cette dysbiose deviendra-t-elle un problème important », dit-il, « ou les amènera-t-il à avoir des effets sur la santé qui altèrent leur capacité à fonctionner? »

Les chercheurs tentent de comprendre les effets possibles de l’espace sur le microbiome à deux endroits : les environnements terrestres qui ressemblent d’une certaine manière à ceux vécus dans l’espace, et dans l’espace lui-même. Dans un exemple du premier cas, Norberto Gonzalez-Juarbe, chercheur principal du groupe de recherche astronaute-microbiome du groupe des maladies infectieuses et de médecine génomique de l’Institut J. Craig Venter, examine les microbiomes des chercheurs qui travaillent dans les stations Concordia et Neumayer. en Antarctique. Il dit que ces emplacements imitent, en partie, ce que les astronautes vivent dans l’espace, en particulier l’obscurité, le confinement et les contacts humains limités.

L’équipe prévoit d’analyser des échantillons des chercheurs de ces stations pour voir comment la composition microbienne de leurs voies gastro-intestinales change et comment leur système immunitaire réagit aux conditions de type station spatiale. Selon Gonzalez-Juarbe, les premiers résultats montrent des changements dans les microbes intestinaux, et l’équipe examine actuellement les données immunologiques. Il espère publier les résultats d’ici la fin de l’année.

Quant aux études menées dans l’espace, il y en a quelques-unes. Une étude de 2019, par exemple, a comparé les microbiomes de l’astronaute Scott Kelly et de son frère jumeau, Mark, après que le premier se soit rendu dans l’ISS pendant près d’un an en 2015. L’étude a postulé que le microbiome de Scott Kelly avait effectivement changé dans l’espace. Pour lui, cela incluait un décalage temporaire pendant le vol spatial : une réduction de la Bacteroidetes bactéries – dont la dérégulation a été liée à des problèmes neurologiques, immunitaires et métaboliques – et une augmentation de Firmicutesun type de bactérie qui peut aider à décomposer certains amidons et fibres.

En 2019, une autre étude de l’Institut J. Craig Venter a porté sur neuf astronautes qui avaient passé six à 12 mois dans l’ISS. Les astronautes ont prélevé des échantillons de diverses parties de leur peau, de leur nez et de leur langue. Les astronautes ont également recueilli des selles, du sang et de la salive, ainsi que des échantillons de diverses surfaces de la station et de son réservoir d’eau.

De retour sur Terre, les auteurs de l’étude ont extrait et séquencé l’ADN des échantillons pour voir comment le microbiome des astronautes a changé au fil du temps. L’étude a révélé que divers microbes cutanés, y compris des types de Protéobactéries, dont le nombre a diminué, ce qui, selon les auteurs, pourrait contribuer au phénomène courant d’éruptions cutanées et d’hypersensibilité cutanée chez les astronautes dans l’espace. Les résultats suggèrent également que le microbiome gastro-intestinal de l’astronaute a changé et que deux types de bactéries…Akkermansia et Ruminocoquequi semblent jouer un rôle important dans le maintien de l’intégrité du mucus du tube digestif et dans la décomposition des glucides, ont été multipliés par cinq, bien que la plupart de ces changements se soient inversés après le retour des astronautes sur Terre.

Les modifications du microbiome intestinal peuvent affecter le métabolisme des aliments, la santé des os et même la cognition, explique Gonzalez-Juarbe, qui ne faisait pas partie de l’étude de 2019. Des séjours plus longs dans l’espace, tels que les 18 mois vers Mars et retour, aggraveraient probablement ces problèmes. « Le dicton » Vous êtes ce que vous mangez « est un peu vrai », dit-il. « Les changements dans le microbiome global auront des effets sur la santé globale de votre cerveau et sur votre santé cognitive. »

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Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que le microbiome humain change dans l’espace. Les études existantes ont trop peu de sujets pour tirer des conclusions, selon Jack Gilbert, professeur de pédiatrie à l’UC San Diego et chef de la section de biologie de la Scripps Institution of Oceanography. « Avec si peu de gens là-haut », ajoute-t-il, « faire des études avec une rigueur statistique est si difficile. »

Gilbert est également sceptique quant à l’étude Kelly-twin : « Nous avons beaucoup d’études de jumeaux que nous avons comparées au fil du temps sur Terre, et elles montrent toutes des écarts significatifs les unes par rapport aux autres. »

Les microbes qui pourraient s’échapper du corps et devenir plus dangereux pour la santé humaine dans l’espace sont potentiellement plus préoccupants, dit Gilbert. Une étude réalisée en 2019 par Gilbert et ses collègues suggère que cela pourrait être le cas. En mars 2016, les astronautes de l’ISS ont prélevé des échantillons sur la table de la salle à manger de la station. Six jours plus tard, les échantillons ont été ramenés sur Terre. Gilbert et son équipe ont isolé les microbes de l’échantillon, sélectionné deux souches du champignon Fusarium oxysporumet séquencé leurs gènes.

L’équipe a ensuite comparé les échantillons de champignons isolés avec 62 autres souches et a constaté que la génétique des échantillons de l’ISS différait de celle de leurs homologues terrestres. L’équipe a également soumis de petits vers appelés nématodes aux deux échantillons. Ils ont découvert que certains des microbes de l’ISS tuaient davantage de ces vers.

Gilbert dit qu’il est possible que les champignons deviennent plus pathogènes en réponse à la dureté de l’espace, bien que son équipe travaille sur une nouvelle étude pour aider à clarifier ce lien. Les microbes préfèrent les zones chaudes et humides, comme l’environnement à l’intérieur du corps humain. Ainsi, les microbes qui s’échappent de cet habitat sur les surfaces froides et sèches – également soumises aux radiations et à l’absence de gravité – peuvent acquérir de nouvelles compétences de survie au fil des générations, dit-il. « Malheureusement », ajoute-t-il, « certaines de ces stratégies de survie sont associées à des choses comme la résistance aux antibiotiques ou une virulence accrue contre les humains ».

Gilbert note que de nombreux astronautes choisis pour aller dans l’espace sont incroyablement sains, de sorte que les chances qu’ils tombent malades à cause de l’un de ces microbes voyous sont faibles. Cependant, si quelqu’un lors d’un long voyage vers Mars a un système immunitaire affaibli à cause d’une intoxication alimentaire ou de l’épuisement, dit-il, il pourrait être infecté par « ces noyaux durs ». Mad Max survivants.

Les recherches existantes sur le microbiome humain dans l’espace laissent beaucoup d’inconnues. Par exemple, Nicole Buckley, chef d’équipe du programme SciSpacE (ou Science in Space Environment) de l’Agence spatiale européenne, note qu’il est difficile de dire si des affections dans l’espace, telles que la perte de sommeil, sont causées par des perturbations microbiennes, ou si le les microbes ne font que contribuer ou réagir à d’autres maux.

On ne sait pas non plus jusqu’à présent comment les chercheurs peuvent restabiliser le microbiome d’une personne dans l’espace, s’il devait être détraqué au point de tomber malade, dit Pearce. Par exemple, la greffe fécale – qui consiste à transplanter des bactéries bénéfiques des selles d’un donneur sain à une personne malade – peut aider à restaurer les fonctions immunitaires des personnes atteintes de certaines maladies. Mais parce que les microbiomes sont si complexes, « ce n’est pas comme administrer un médicament qui a un résultat », dit-il. « Vous administrez un organisme qui peut s’établir et avoir un résultat souhaitable, ou il peut ne pas s’établir et ne pas avoir le résultat que vous espérez. »

Certains chercheurs notent cependant que des changements assez simples pourraient faire la différence pour les astronautes. Gonzalez-Juarbe dit que la consommation de fruits et légumes frais et d’aliments riches en fibres peut favoriser les microbes qui produisent des acides gras à chaîne courte dans l’estomac, ce qui aide à soutenir le système immunitaire. Buckley note que les aliments pré- et probiotiques pourraient également aider dans ce domaine.

Les astronautes dans l’espace ont accès à des aliments lyophilisés qui ont des « niveaux normaux de micro-organismes liés à l’alimentation » mais sont traités pour éviter de contenir des agents pathogènes, selon un e-mail de Grace Douglas du projet de technologie alimentaire avancée de la NASA. Les astronautes reçoivent également de petites quantités de fruits et légumes frais via des missions de réapprovisionnement. Pourtant, dit Buckley, un microbiome sain nécessite un apport limité d’aliments transformés et encore plus de fruits et légumes frais et d’aliments riches en fibres.

L’Agence spatiale européenne travaille actuellement sur une étude qui ajoute des oligosaccharides, un groupe lié de glucides présents dans le lait maternel humain, au régime alimentaire des chercheurs séjournant à la station de recherche Concordia, dans l’Antarctique, pendant plus d’un an. On pense que ces composés jouent un rôle important dans la création de microbiomes sains chez les bébés. L’étude testera l’impact des oligosaccharides sur le microbiome, le système immunitaire et l’humeur des chercheurs.

Il reste encore d’autres domaines à explorer qui pourraient approfondir notre compréhension de l’effet de l’espace sur le microbiome humain. Par exemple, il y a un besoin de plus d’informations sur les astronautes individuels et leur équilibre microbien – ce qui fait que leur microbiome devient stable ou instable, dit Pearce.

Pearce ajoute que les astronautes peuvent rencontrer des agents pathogènes opportunistes familiers – des microbes généralement bénins, mais qui peuvent devenir dangereux lorsque le système immunitaire d’une personne s’affaiblit, entre autres facteurs – comme ceux responsables du SARM, que l’on trouve chez 2 % des personnes. Mais il pourrait y avoir des « inconnues inconnues » dans ce domaine, dit-il : des microbes que les humains transporteront dans l’espace et qui ont le potentiel non découvert de devenir pathogènes.

Pour le moment, on ne sait pas non plus comment le microbiome humain changerait lors d’un long voyage vers Mars, par rapport à un séjour relativement court sur l’ISS, dit Pearce. Mais compte tenu de l’échelle de temps des vols spatiaux vers la planète rouge – que la NASA prévoit pour la fin des années 2030 ou le début des années 2040 – les scientifiques ont tout le temps de mieux comprendre le rôle du microbiome dans la santé des astronautes, ajoute-t-il. Jusque-là, dit Pearce, les chercheurs devraient continuer à utiliser les moyens à leur disposition, qu’il s’agisse d’études terrestres qui imitent l’espace, d’études dans l’espace lui-même ou simplement de tests visant à mieux comprendre le microbiome des humains qui sont en toute sécurité au sol. « Il n’y a pas qu’une seule façon d’obtenir une réponse à cela », dit-il.