Une nouvelle étude de la Northwestern University a découvert que les vols spatiaux, à la fois à bord d'une navette spatiale ou de la Station spatiale internationale (ISS), ont un effet constant sur le microbiome intestinal

Les chercheurs de Northwestern ont mis au point un nouvel outil analytique pour comparer les données du microbiome de souris dès 2011. Appelé STAMAPS (Test de similitude pour des modèles d'abondance de microbiome conformes et reproductibles), l'outil indique que les vols spatiaux provoquent un changement constant sur l'abondance, ratios et la diversité des bactéries dans l'intestin.

Peut-être le plus surprenant, l'équipe a également utilisé STAMAPS pour comparer les données des vols spatiaux aux données recueillies à partir d'études terrestres sur les effets des rayonnements sur l'intestin. Ils ont effectivement exclu le rayonnement spatial comme cause de changements dans le microbiome pendant les vols spatiaux.

"Le rayonnement a certainement un effet sur le microbiome intestinal, " a déclaré Martha Vitaterna de Northwestern, qui a dirigé l'étude. "Mais ces effets ne ressemblent pas à ce que nous avons vu dans les vols spatiaux."

L'étude publiée la semaine dernière dans la revue Microbiome. Vitaterna est professeur-chercheur en neurobiologie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Peng Jiang, professeur assistant de recherche en neurobiologie à Weinberg, était le premier auteur de l'article.

Vitaterna et son collaborateur de longue date Fred W. Turek, aussi du nord-ouest, a dirigé la section microbiome de la Twin Study de la NASA, qui a comparé les changements physiologiques de l'astronaute Scott Kelly à son jumeau Mark lié à la Terre. Bien que le Turek et Vitaterna aient découvert qu'une année dans l'espace avait affecté le microbiome intestinal de l'astronaute Scott Kelly, il n'y avait pas assez de données pour tirer des conclusions générales sur les effets des vols spatiaux sur le corps humain.

"Si nous envoyons des humains sur Mars ou pour de longues missions sur la Lune, il est essentiel de comprendre les effets de l'exposition à long terme de l'environnement spatial sur nous et sur les milliards de bactéries qui voyagent avec nous, " dit Turek, le professeur Charles et Emma Morrison de neurobiologie à Weinberg, qui a co-écrit le document. "Alors que nous étudions les effets d'une année dans l'espace sur le microbiote de Scott Kelly, nous devons utiliser des souris en plus grand nombre pour établir les effets de l'espace."

La nécessité donne des outils

La NASA étudie depuis de nombreuses années les effets de la microgravité sur les processus biologiques des souris. A l'automne 2014, il a livré son premier groupe de souris à l'ISS pour un séjour de 37 jours. Depuis cette expérience (appelée Rodent Research-1), La NASA a ensuite livré sept autres groupes de souris à l'ISS, y compris l'expérience Rodent Research-7 de l'équipe Northwestern.

Vitaterna et Jiang ont commencé avec des échantillons de Rodent Research-1, qui comprenait le groupe de vol spatial plus un groupe de contrôle au sol assorti, un groupe de référence et un groupe de laboratoire qui ont été hébergés dans une installation de souris conventionnelle pour la même durée du voyage. Ils ont également examiné des échantillons de souris de la dernière mission de la navette spatiale américaine, STS 135, qui a été lancé en 2011.

Les chercheurs ont eu du mal à analyser toutes les données en raison de leur grande quantité. Il existe des centaines d'espèces bactériennes différentes dans l'intestin, et différents individus peuvent avoir des communautés bactériennes intestinales très différentes au début d'une expérience. Cela rend difficile la détection d'une réponse cohérente.

"Il n'y avait pas d'approche statistique pour faire ce travail, " dit Vitaterna. " Les outils n'existaient pas, alors nous les avons inventés. C'est un cas classique qui montre à quel point la nécessité est la mère de l'invention."

"Nous savions que les vols spatiaux affectent le microbiome, donc nous aurions pu regarder cela de manière anecdotique, " dit Jiang. " Mais il y a beaucoup de limitations à cela. Nous avions besoin d'une approche plus complète, vue de haut niveau. Ensuite, nous pourrions dire que les changements du microbiome sont comparables entre plusieurs vols spatiaux. »

Cartographier le microbiome

STRAMPS fournit une nouvelle méthode pour mettre toutes les données de différentes expériences dans le même espace multidimensionnel. Les utilisateurs peuvent alors plus facilement voir des modèles où différents types de bactéries deviennent plus ou moins abondants dans différentes conditions.

A l'aide de cet outil, les chercheurs de Northwestern ont immédiatement remarqué que les microbiomes des souris de vol spatial et de contrôle au sol étaient très différents des deux autres groupes. Le groupe de contrôle au sol vit dans un simulateur d'environnement qui correspond directement aux habitats des vols spatiaux. La composition du gaz, la température et l'alimentation sont exactement les mêmes.

"Nous avons constaté que l'habitat a un grand impact, " dit Vitaterna.

Bien que les chercheurs n'aient pas utilisé STMAPS pour analyser les échantillons prélevés sur l'astronaute Scott Kelly au cours de son année dans l'espace, ils ont remarqué que ses données correspondaient à la même chose, modèle cohérent causé par les vols spatiaux.

"Certains des changements de haut niveau sont similaires, " a déclaré Jiang. "Nous avons vu les ratios des mêmes principaux types de bactéries changer dans la même direction et une légère augmentation de la diversité globale. C'est cohérent."

Éliminer les radiations

Mais, toujours, les microbiomes des souris de vol spatial et de contrôle au sol étaient assez différents les uns des autres. Cela prouve qu'il y a un effet distinct des vols spatiaux. Pour trouver ce qui pourrait causer cet effet, les chercheurs ont creusé plus profondément.

Une possibilité était que l'exposition aux rayonnements dans l'espace puisse provoquer le changement du microbiome. Jiang a trouvé plusieurs études terrestres sur les effets des radiations sur le microbiome de la souris et les a analysées avec STARMAP. Ils ont découvert que les changements du microbiome causés par les vols spatiaux par rapport aux radiations ne correspondaient pas.

Vitaterna et Jiang pensent que la microgravité pourrait provoquer l'effet des vols spatiaux, mais ils conviennent que plus de travail doit être fait. Ils traitent actuellement des échantillons de Rodent Research-7 et espèrent que les données contiendront plus d'indices. Vitaterna a déclaré que la diversité et les ratios de bactéries intestinales pendant les vols spatiaux ressemblent le plus au stress.

« Comprendre les facteurs qui peuvent réduire ce type de changement du microbiome serait une information utile pour compenser les effets du stress sur Terre, ", a-t-elle déclaré. " Comprendre quels facteurs génétiques contribuent aux différences entre les souches bactériennes sera utile pour développer des contre-mesures qui peuvent protéger votre microbiome pendant les périodes de stress. "