Le vol des cosmonautes russes et des astronautes de la NASA, participants à la 70e expédition de longue durée, se poursuit à la Station spatiale internationale. Un long séjour dans l’espace provoque des changements physiques dans le corps humain. Par exemple, l’état des os et des muscles se détériore. C’est pourquoi la santé des astronautes est étudiée de près par les médecins et les scientifiques.
La correction du métabolisme minéral chez les astronautes avec des médicaments est étudiée sur l’ISS: l’expérience «Correction» (étude de l’efficacité de la correction pharmacologique du métabolisme minéral dans des conditions d’exposition prolongée à la microgravité); expérience «Interaction-2» (étude des modèles de comportement de l’équipage lors d’un vol spatial de longue durée); Expérience «Dispersion» (formation et comportement de dispersions en phase liquide en microgravité); expérience «Scénario» (méthodes de test pour évaluer l’évolution de phénomènes catastrophiques et potentiellement dangereux); expérience «Séparation» (test et test en conditions de microgravité d’un système de régénération de l’eau à partir des urines); expérience «Neuroimmunité» (évaluation de l’influence du stress sur le système immunitaire et les systèmes de réactivité au stress dans l’espace); expérience «Cardiovecteur» (obtention de nouvelles informations scientifiques sur le rôle des parties droite et gauche du cœur dans l’adaptation du système circulatoire aux conditions d’un vol spatial de longue durée).
Étudier l’ADN dans l’espace
Les séjours prolongés dans l’espace exposent les personnes à des radiations, qui peuvent endommager l’acide désoxyribonucléique, ou ADN, qui transporte l’information génétique nécessaire à notre développement et à notre fonctionnement. Les conditions dans l’espace affectent également la manière dont le corps répare ces dommages, ce qui pourrait potentiellement exacerber le risque. Les recherches sur la Station spatiale internationale étudient les dommages et la réparation de l’ADN à l’aide d’outils et de techniques de séquençage, d’analyse et même d’édition de l’ADN.
En avril 2016, l’astronaute de l’ESA (Agence spatiale européenne), Tim Peake, a amplifié l’ADN pour la première fois à l’aide du premier appareil de réaction en chaîne par polymérase (PCR) envoyé à la station, appelé miniPCR. Une étape importante dans le processus d’analyse du matériel génétique est l’amplification, qui consiste à créer plusieurs copies d’une section d’ADN.
L’astronaute de la NASA Kate Rubin a séquencé pour la première fois l’ADN dans l’espace en août 2016 à l’aide d’un appareil commercial appelé MinION. En août 2017, l’astronaute de la NASA Peggy Whitson a combiné miniPCR et MinION pour identifier le premier microbe inconnu de la station. En août 2018, l’astronaute de la NASA Ricky Arnold a été le pionnier de la méthode de séquençage de l’ADN «écouvillonnage jusqu’au séquençage», qui élimine le besoin de cultiver des bactéries avant analyse.
Une autre étape majeure franchie en mai 2019 a été la première édition génétique CRISPR en station réalisée par l’astronaute de la NASA Christina Koch. CRISPR signifie Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic. Il s’agit de séquences d’ADN courtes et répétitives trouvées chez les bactéries, avec des séquences d’ADN viral entre les deux.
Les bactéries transcrivent les séquences d’ADN viral en ARN, qui dirigent ensuite une protéine spécifique vers l’ADN viral et le coupent, créant ainsi une ligne de défense contre les virus envahisseurs. Les chercheurs peuvent créer un ARN guide spécifique à n’importe quelle partie du génome. Cela signifie que CRISPR peut être utilisé pour créer des cassures précises à un emplacement connu d’un gène, ce qui facilite l’édition du gène.
Genes in Space 6 a utilisé CRISPR pour générer avec succès des cassures dans l’ADN de levure commune, permettre la réparation des cassures et séquencer l’ADN réparé pour déterminer si son ordre d’origine a été restauré pendant le vol spatial. Les organismes réparent les cassures de l’ADN de deux manières principales. Une méthode peut ajouter ou supprimer des bases, tandis que l’autre rejoint les brins sans modifier la séquence d’ADN. Comprendre si un type de réparation est moins sujet aux erreurs a des implications importantes pour la protection de l’équipage.
L’astronaute de la NASA Christina Koch travaille sur l’expérience Genes in Space 6
Genes in Space 5 représente une étape importante vers un moyen rapide, sûr et rentable d’étudier le système immunitaire pendant les vols spatiaux. Cette étude a également fourni une preuve de concept pour l’amplification simultanée de plusieurs séquences d’ADN dans l’espace, élargissant ainsi les capacités de recherche en vol et de surveillance de la santé.
Genes in Space-10 a validé une méthode de mesure et d’analyse de la longueur de fragments d’ADN appelés télomères par fluorescence. Les télomères, les structures génétiques en forme de calotte situées aux extrémités des chromosomes qui les protègent des dommages, se raccourcissent avec l’âge mais s’allongent dans l’espace. L’analyse de la longueur des télomères peut aider à déterminer le mécanisme de cet effet.
Les résultats de l’étude pourraient également permettre de mesurer l’ADN et de diagnostiquer des problèmes médicaux génétiques lors d’un vol spatial. Renvoyer des échantillons d’ADN sur Terre pour analyse les dégraderait et ne serait pas possible pour de futures missions de longue durée. Comprendre pourquoi les télomères s’allongent dans l’espace pourrait également permettre de mieux comprendre leur rôle dans le vieillissement humain.
Disposer d’un laboratoire moléculaire complet dans l’espace élargit considérablement les capacités des scientifiques. La capacité d’analyser l’ADN, d’étudier comment il est endommagé et réparé dans l’espace et d’y apporter des modifications spécifiques permet des recherches plus complexes. L’identification des organismes inconnus et des modifications apportées à ceux connus est essentielle pour garantir la sécurité des membres d’équipage lors des futures missions.
Comportement du feu dans l’espace
La NASA a récemment achevé la dernière mission de son Space Shuttle Fire Experiment, ou Saffire, mettant fin à une série de huit années d’études qui ont permis de mieux comprendre le comportement des incendies dans l’espace. La dernière expérience, Saffire-VI, a été lancée vers la Station spatiale internationale en août 2023 et a terminé sa mission le 9 janvier lorsque le vaisseau spatial Northrop Grumman Cygnus a brûlé en toute sécurité lors de sa rentrée prévue dans l’atmosphère terrestre.
Le Dr David Urban, chercheur principal, et le Dr Gary Ruff, chef de projet au centre de recherche Glenn de la NASA à Cleveland, dirigent le projet Saffire dans le nord-est de l’Ohio depuis son lancement initial en 2016. Tout au long de la série d’expériences, les chercheurs ont collecté des données que la NASA utiliserait. pour améliorer la sécurité des missions et éclairer la conception des futurs engins spatiaux et des combinaisons spatiales.
«Quelle doit être la puissance d’un incendie pour que l’équipage se sente malade?» dit Urbain. “Un travail similaire est effectué pour toutes les autres structures habitables ici sur Terre – bâtiments, avions, trains, voitures, mines, sous-marins, navires – mais nous n’avions pas effectué de recherche similaire pour les engins spatiaux avant Saffire.”
Comme les précédentes expériences Saffire, Saffire-VI s’est déroulée à l’intérieur d’un bloc d’un vaisseau spatial Cygnus inhabité qui avait déjà quitté la station spatiale, offrant ainsi la sécurité du laboratoire en orbite et un environnement de vol plus représentatif. Cependant, cette dernière version de l’expérience était unique en raison de la concentration plus élevée d’oxygène et de la pression plus faible créée dans l’installation d’essai pour simuler les conditions à l’intérieur d’un vaisseau spatial avec équipage.
Au cours de 19 expériences Saffire-VI, l’équipe de la NASA et ses collègues de Northrop Grumman ont procédé à divers ajustements aux conditions atmosphériques. Ils ont ensuite allumé des flammes sur des matériaux tels que le plexiglas, le coton, le Nomex et des flammes difficiles à inflammer sur des tissus à faible vitesse. Le fil avec des billes à l’intérieur de l’appareil a enflammé les matériaux. «L’installation Saffire flow est une soufflerie. Nous y poussons de l’air», a déclaré Ruff. “Une fois les conditions de test définies, nous faisons passer un courant électrique à travers un fil fin et les matériaux s’enflamment.”
Les caméras à l’intérieur ont permis à l’équipe d’observer les flammes, tandis que des capteurs à distance à l’extérieur de l’unité Saffire ont collecté des données sur ce qui se passait dans le véhicule Cygnus. Les images et informations ont été collectées en temps réel puis renvoyées sur Terre pour analyse par les scientifiques. “Vous avez le taux de dégagement de chaleur et le taux de dégagement des produits de combustion”, a déclaré Ruff. “Vous pouvez utiliser cela comme entrée dans le modèle et prédire ce qui arrivera à la voiture.”
Au cours de la prochaine décennie de missions d’exploration et scientifiques, les astronautes voleront plus profondément dans l’espace et vers des endroits qui n’ont pas encore été explorés. Bien que les expériences Saffire aient été abandonnées, la NASA a tiré de précieuses leçons et collecté des montagnes de données sur le comportement des incendies qui aideront l’agence à concevoir des engins spatiaux plus sûrs.
Complémentation des Protocoles Intégrés de Recherche Humaine ou CIPHER
La recherche sur les organites neurologiques, la croissance des plantes et les modifications des fluides corporels fait partie des recherches scientifiques que les astronautes de la NASA Matthew Dominic, Michael Barratt, Jeanette Epps et Tracy K. Dyson contribueront à soutenir à bord de la Station spatiale internationale dans le cadre de l’Expédition 71. Barratt rejoint un groupe d’astronautes participant à la série d’expériences Complémentation des protocoles intégrés pour la recherche humaine, ou CIPHER, qui aident les scientifiques à comprendre comment les longues périodes de temps dans l’espace modifient le corps humain.
Les membres de l’équipage prévoient de lancer la station spatiale en février et mars. Les détails de certains des travaux prévus lors de la prochaine expédition à bord du laboratoire de microgravité sont ci-dessous.
Les modèles organoïdes de cerveau humain pour les maladies neurodégénératives et la découverte de médicaments (HBOND) étudient les mécanismes de la neuroinflammation, une caractéristique commune des maladies neurodégénératives. Les chercheurs créent des organoïdes à l’aide d’iPSC (cellules souches pluripotentes induites) obtenues auprès de patients souffrant de la maladie de Parkinson et de sclérose en plaques primaire progressive.
La sixième étude organoïde de la station spatiale, financée par la National Stem Cell Foundation, HBOND, est la première à inclure des iPSC, du matériel provenant de patients atteints de la maladie d’Alzheimer, et à tester les effets de médicaments en cours de développement pour traiter la neuroinflammation. Les résultats pourraient contribuer à améliorer les diagnostics, à mieux comprendre les effets du vieillissement, à accélérer la découverte de médicaments et à identifier des cibles thérapeutiques pour les patients souffrant de maladies neurodégénératives. Les modèles organoïdes peuvent également permettre de prédire l’impact d’un vol spatial de longue durée sur le cerveau et de soutenir le développement de contre-mesures.
Les organoïdes spatiaux du cerveau sont fabriqués à partir de cellules provenant de personnes atteintes de la maladie de Parkinson et de sclérose en plaques primaire progressive. Institut de recherche sur les cellules souches de New York
Les plantes pourraient servir de source de nourriture et fournir d’autres services essentiels à la vie lors de missions à long terme sur la Lune et sur Mars. La recherche sur les réponses des plantes au stress provoqué par la microgravité et le rayonnement ultraviolet élevé dans l’espace (UV-B des plantes) examine comment le stress dû à la microgravité, au rayonnement UV et à une combinaison des deux affecte les plantes aux niveaux moléculaire, cellulaire et corporel. Les résultats pourraient améliorer la compréhension de la croissance des plantes dans l’espace et contribuer à améliorer les technologies de culture des plantes pour les futures missions.
Équipement d’unité expérimentale (PEU) pour la recherche sur les plantes UV-B. NASA
L’apesanteur provoque le déplacement des fluides corporels vers la tête, ce qui peut entraîner des modifications de la structure oculaire et de la vision, connues sous le nom de syndrome neurooculaire associé aux vols spatiaux (SANS), ainsi que d’autres problèmes de santé.
L’atténuation du déplacement de fluide antérieur à l’aide de brassards veinoconstricteurs de cuisse pendant un vol spatial explore si les brassards de pression de cuisse pourraient fournir un moyen simple de contrecarrer ce déplacement de fluide dans le corps et aider à protéger les astronautes du SANS et d’autres problèmes lors de futures missions sur la Lune et sur Mars. Les manchettes de cuisse peuvent également aider à traiter ou à prévenir des problèmes chez les patients sur Terre qui souffrent de maladies entraînant une accumulation de liquide dans la tête, telles qu’un alitement prolongé et une maladie.
Arthrospira-C (Art-C), une étude de l’ESA (Agence spatiale européenne), analyse comment la cyanobactérie Limnospira réagit aux conditions de vol spatial et si elle produit la même quantité et la même qualité d’oxygène et de biomasse dans l’espace que sur Terre. Ces microalgues, également connues sous le nom de spiruline, pourraient être utilisées pour éliminer le dioxyde de carbone expiré par les astronautes, qui peut devenir toxique dans un vaisseau spatial fermé, et pour produire de l’oxygène et des aliments frais dans le cadre des systèmes de survie des futures missions.
Des prévisions correctes des rendements en oxygène et en biomasse sont essentielles à la conception de systèmes de survie utilisant des bioprocédés. Il a également été démontré que la spiruline possède des propriétés radioprotectrices, et sa consommation peut aider à protéger les voyageurs spatiaux du rayonnement cosmique, ainsi qu’à préserver les tissus sains chez les patients subissant une radiothérapie sur Terre.
Limnospira