Aux États-Unis, la NASA a profité d’un cas rarissime : deux jumeaux astronautes identiques, dont l’un a passé près d’un an en orbite.
La scène se déroule entre 2015 et 2016. L’astronaute américain Scott Kelly passe 340 jours à bord de la Station spatiale internationale, pendant que son frère jumeau identique, Mark Kelly, reste au sol. Un cadre parfait pour une étude inédite sur les effets d’un long séjour dans l’espace, comme le raconte le média en ligne britannique UNILAD à partir des résultats communiqués par la NASA.
Une expérience unique avec deux jumeaux astronautes
Scott et Mark Kelly, nés en 1964 aux États-Unis, sont tous deux devenus astronautes au sein de l’agence spatiale américaine. Pour les chercheurs, leur patrimoine génétique quasiment identique représentait une occasion rare : comparer précisément l’impact d’un long vol spatial sur un individu en le confrontant à un « clone » resté sur Terre.
La NASA a baptisé ce programme le « Twins Study », l’étude des jumeaux. Scott a été envoyé sur la Station spatiale internationale pour 340 jours consécutifs, tandis que Mark poursuivait sa vie sur Terre. Les deux frères ont été suivis de manière très fine avant, pendant et après la mission : prises de sang, examens médicaux, tests cognitifs, imagerie, analyses génétiques… Tout ou presque a été passé au crible.
Objectif central de l’étude des jumeaux Kelly : comprendre comment un corps humain s’adapte – ou souffre – quand il reste près d’un an dans l’environnement extrême de l’espace.
Selon la NASA, les résultats sont à la fois « intéressants, surprenants et plutôt rassurants » pour la perspective de missions de longue durée, notamment vers Mars.
Des télomères qui s’allongent, puis se raccourcissent
Premier volet scruté par les scientifiques : les télomères, ces petites structures situées à l’extrémité des chromosomes. En temps normal, ils raccourcissent au fil des années et sont associés au vieillissement et au stress.
Chez Scott Kelly, la NASA a observé des changements marqués dans la longueur de ses télomères pendant le séjour en orbite, puis très rapidement après son retour sur Terre. Ces variations rapides montrent à quel point l’organisme réagit à l’environnement spatial, puis à la réadaptation à la gravité terrestre.
Les données sur les télomères doivent aider à mieux évaluer l’état de santé général des astronautes et à identifier d’éventuels effets à long terme des vols prolongés.
Un système immunitaire qui fonctionne encore correctement
L’équipe scientifique s’est aussi intéressée à la manière dont le système immunitaire réagit en apesanteur. Scott Kelly a reçu un vaccin contre la grippe avant son départ, un autre pendant sa mission, puis un troisième après son retour.
Résultat : son organisme a réagi de façon appropriée à cette vaccination, comme sur Terre. Pour la NASA, c’est un signal encourageant. L’agence estime que le système immunitaire peut répondre correctement à un vaccin même en mission longue, ce qui est crucial si des traitements doivent être administrés à bord, loin de tout hôpital.
Des gènes qui s’expriment différemment en orbite
Les chercheurs ont ensuite analysé l’« expression des gènes », c’est-à-dire la manière dont certains gènes sont plus ou moins actifs selon l’environnement. Des prélèvements ont été réalisés avant, pendant et après le vol de Scott, et en parallèle chez Mark resté au sol.
Chez les deux frères, des variations normales d’expression des gènes ont été observées. Mais les changements chez Scott n’étaient pas les mêmes que chez Mark. La NASA estime qu’une partie de ces différences est liée à la durée exceptionnelle de la mission spatiale et à l’exposition accrue aux radiations.
Selon la NASA, près de 91 % des changements d’expression génique observés chez Scott sont revenus à la normale après son retour sur Terre, tandis qu’un petit nombre persistait encore six mois plus tard.
Ces données recoupent d’autres observations de l’étude, notamment sur la réparation de l’ADN, la régulation des télomères, la formation osseuse et le stress imposé au système immunitaire.
Capacités mentales préservées, corps ralenti au retour
La NASA a également mesuré la cognition, c’est-à-dire les performances mentales : vigilance, orientation dans l’espace, reconnaissance des émotions, vitesse de réaction. Les résultats montrent que Scott Kelly est resté globalement au même niveau que son frère resté sur Terre.
Pour l’agence spatiale, ces données suggèrent que des astronautes peuvent maintenir un bon niveau de performances intellectuelles au cours de missions longues. En revanche, le retour sur Terre a été plus brutal pour le corps.
Dans les six mois suivant l’atterrissage, Scott se montrait plus lent pour certaines tâches physiques du quotidien. La NASA attribue ce phénomène à la réadaptation à la gravité et au rythme très chargé qui a suivi la mission, entre examens médicaux, obligations médiatiques et déplacements.
Perte de masse, os sollicités et rôle de la nutrition
Sur le plan biochimique, le séjour en orbite a eu des effets visibles. Scott Kelly a perdu environ 7 % de sa masse corporelle durant sa mission. Les équipes de la NASA y voient la conséquence d’une activité physique accrue pour limiter les effets de l’apesanteur, associée à une alimentation strictement contrôlée. Il aurait consommé environ 30 % de calories en moins que ce qui était prévu.
Les os ont aussi été très sollicités. Le cycle de dégradation et de reconstruction de l’os a été plus rapide lors des six premiers mois du vol, avant de ralentir lorsque son volume d’exercice a diminué.
Les analyses ont également mis en lumière une hausse de la concentration en folates, des substances liées à la vitamine B9. Les niveaux de Scott étaient bas au décollage, puis ont augmenté durant la mission. La NASA attribue cette évolution à une meilleure sélection des aliments fournis par le système de repas de la Station spatiale.
Les folates sont essentiels à la synthèse de l’ADN, et leur évolution semble liée à la dynamique des télomères de Scott Kelly, confortant le rôle central de la nutrition pour la santé, dans l’espace comme sur Terre.
Un microbiote intestinal bousculé, mais réversible
Le microbiote intestinal, l’ensemble des bactéries qui vivent dans l’intestin, représente un marqueur clé de la santé. Chez Scott, la composition de cette flore a changé nettement entre la période d’avant-vol et la phase en orbite.
La NASA évoque le rôle de l’alimentation spatiale, essentiellement composée de plats lyophilisés ou thermo-stabilisés préemballés, mais aussi des particularités de l’environnement à bord de la Station spatiale. Une fois revenu sur Terre, le microbiote de Scott est toutefois redevenu très proche de son état initial, ce que les chercheurs jugent rassurant.
Génétique « au-dessus » de l’ADN et métabolisme
Les scientifiques se sont intéressés à l’épigénomique, c’est-à-dire aux modifications héréditaires qui surviennent sans toucher directement à la séquence de l’ADN. La NASA a relevé chez Scott des changements de son état épigénétique pendant la mission, mais sans différence majeure par rapport à son frère resté au sol.
La plupart des variations ont été observées durant les six derniers mois de vol, laissant penser que des missions plus courtes entraînent peu de changement notable à ce niveau.
Autre volet : la métabolomique, qui étudie les petites molécules présentes dans les cellules, les tissus ou les fluides biologiques. Les chercheurs ont regardé en particulier les signaux liés à l’athérosclérose, une pathologie où les artères se rétrécissent à cause de dépôts, souvent liée à l’inflammation et au stress oxydatif.
Chez Scott, ils ont repéré des signes d’inflammation et un épaississement de la paroi de l’artère carotide, pendant et après le vol. Mark n’a pas présenté ces changements sur Terre. La NASA précise que l’on ne sait pas encore si ces adaptations sont totalement réversibles.
Vision, hydratation et inflammation générale
La santé des yeux fait partie des grandes préoccupations des médecins de l’espace. Les équipes ont surveillé les fluides corporels, la structure des yeux et la présence de certaines protéines dans les urines.
Elles ont noté une augmentation d’une protéine appelée AQP2 chez Scott, par rapport à Mark. Cette molécule joue un rôle dans la réabsorption de l’eau par l’organisme et reflète l’état d’hydratation ou de déshydratation. Ces résultats aident à décrypter les troubles de la vision observés chez certains astronautes après de longs séjours.
En combinant l’ensemble des données, la NASA a mis en évidence trois marqueurs forts d’inflammation dans l’organisme de Scott Kelly pendant sa mission. Fait intrigant : certains de ces marqueurs étaient aussi élevés chez Mark, resté sur Terre, ce qui montre que tout ne peut pas être attribué au seul environnement spatial.
Pour la NASA, l’étude des jumeaux Kelly montre la capacité remarquable de l’organisme humain à s’adapter à un grand nombre de changements induits par le vol spatial de longue durée.
Une grande partie des modifications observées chez Scott est revenue à un niveau proche de celui d’avant la mission à la fin du suivi.
Ce que cela signifie pour les futures missions vers Mars
Cette expérience fournit à l’agence spatiale américaine une base de données précieuse pour préparer les voyages habités au long cours, vers Mars par exemple. Elle permet d’identifier des risques potentiels pour le cœur, les os, la vision ou encore l’ADN, et de tester des contre-mesures : programmes sportifs spécifiques, nutrition adaptée, surveillance de l’inflammation ou de certains marqueurs biologiques.
Pour un lecteur français, l’enjeu rejoint ceux du Centre national d’études spatiales (CNES) et de l’Agence spatiale européenne. Avant d’envisager d’envoyer des astronautes européens sur des missions de plusieurs années, les médecins doivent disposer de protocoles solides pour limiter les effets de l’apesanteur, des radiations et de l’isolement sur l’organisme.
Ce que l’on sait et ce que l’on fait en France
En France, les recherches sur l’impact des vols spatiaux de longue durée impliquent notamment le CNES et des équipes hospitalo-universitaires. Elles travaillent sur des sujets proches de ceux abordés par la NASA : santé osseuse, risque cardiovasculaire, effets sur le cerveau, rôle du microbiote, préparation physique.
Les astronautes français, comme Thomas Pesquet, suivent avant et après chaque mission des protocoles comparables à ceux appliqués aux États-Unis : bilans sanguins complets, examens d’imagerie, tests d’effort, évaluation neuropsychologique, études sur la nutrition. Les principes sont similaires à ceux décrits dans l’étude des jumeaux Kelly, même si la France n’a pas, à ce jour, bénéficié d’un cas aussi rare de jumeaux astronautes identiques.
Les résultats américains servent aussi de référence pour adapter les programmes d’entraînement européens et concevoir de futurs équipements médicaux embarqués sur les vaisseaux.
Quelques repères pour mieux comprendre les termes utilisés
- Télomères : sortes de « capuchons » au bout des chromosomes. Leur longueur reflète notamment le vieillissement et certaines formes de stress.
- Microbiote intestinal : ensemble des bactéries présentes dans les intestins. Un microbiote varié est généralement associé à une meilleure santé.
- Expression des gènes : façon dont un gène est activé ou non. Deux personnes avec le même gène peuvent l’exprimer différemment selon leur environnement.
- Épigénomique : étude des changements transmissibles qui modifient l’activité des gènes sans toucher à la séquence d’ADN elle-même.
- Métabolomique : analyse des petites molécules produites par notre organisme, indicateurs de nombreux processus biologiques.
Pourquoi ces résultats intéressent aussi la médecine sur Terre
Au-delà de la conquête spatiale, ces travaux fournissent des informations utiles pour la santé publique. Les adaptations observées chez Scott Kelly, qu’il s’agisse d’inflammation, de métabolisme osseux ou de microbiote, éclairent des maladies qui touchent aussi les personnes âgées, les patients immobilisés ou soumis à un stress important.
Les chercheurs peuvent par exemple utiliser ces données pour mieux comprendre l’ostéoporose, certaines pathologies cardiovasculaires ou les troubles de la vision liés à la pression des fluides dans le crâne. L’espace sert ainsi de laboratoire accéléré pour tester des hypothèses qui, à terme, pourront profiter à des patients suivis dans les hôpitaux français comme ailleurs.
