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Iss - Stazione spaziale in orbita

Ambienti sterilizzati, rischio salute degli astronauti

di Vincenzo Rampolla

Simbolo di cooperazione internazionale e laboratorio di ricerca scientifica in microgravità, la Stazione spaziale internazionale (Iss) offre ai 10 astronauti a bordo (4 americani, 3 russi e 3 cinesi) un’esperienza di vita unica. La permanenza a bordo nella termosfera, a circa 400 km di quota, pone diverse sfide. Vitale quella legata ai rischi salute, ricca di una vasta bibliografia.

Il fatto di essere privati dei consueti punti di riferimento, come l’alternarsi del giorno e della notte e la costante spinta verso il basso della gravità, oltre a un disorientamento psicologico provoca enormi cambiamenti fisiologici. Tra questi, il più grave è lo spostamento dei fluidi corporei dalla parte inferiore del corpo al tronco e alla testa e, mentre gli astronauti fluttuano in condizioni di microgravità, possono essere affetti da anemia, annebbiamento visivo, aritmia, alterazione della pressione sanguigna, decondizionamento con perdita di tono muscolare, massa ossea e muscolare,  calo del  funzionamento fisico e scompenso del sistema cardiovascolare.

C’è dell’altro. All'interno dell’Iss pare che microbi e batteri siano scarsi e insufficienti. È quanto sostiene un recente studio condotto da un team di ricercatori dell'Università della California a San Diego. Prodotta probabilmente dall'eccessiva igiene e sterilizzazione degli ambienti, la condizione potrebbe essere alla base di rischi salute e insufficienze immunitarie. Sull’Iss gli astronauti sperimentano eruzioni cutanee, allergie atipiche e altri processi infiammatori, sia acuti che cronici. Queste situazioni, del tutto normali, sono riconducibili a una disfunzione immunitaria. La ricerca è pubblicata su Cell, nota rivista che tratta di sistemi biologici e suggerisce che i problemi riscontrati potrebbero avere un’origine comune: eccessiva sterilità dentro la stazione. 

Dimostra che l’Iss ha una diversità microbica molto inferiore rispetto agli ambienti naturali terrestri, con la maggior parte dei germi presenti appartenenti al microbioma cutaneo. popolosa microflora cutanea composta dei germi naturalmente residenti sulla pelle umana e costituita di innocui acari, miceti, batteri e virus. In pratica, sarebbe troppo pulita. Poiché molti lavori collegano le malattie infiammatorie croniche alla ridotta esposizione microbica tipica di locali eccessivamente lindi, l’ipotesi dei ricercatori è che le reazioni infiammatorie sviluppate dagli astronauti sull’Iss sarebbero collegate alla pulizia ambientale. Troppa igiene nuoce, è troppo pulito. 

Per condividere le loro conclusioni, i ricercatori hanno esaminato 803 campioni, 100 volte superiori a quelli prelevati nelle iniziali analisi e raccolti all’interno dell’US Orbital Segment (Usos, Unità orbitale costruita e gestita dalle Agenzie spaziali americana Nasa, europea Esa, canadese Csa e giapponese Jaxa). Denominato mappatura tridimensionale del microbioma (3dmm), è un esperimento di alto profilo che ha lo scopo di mappare le colonie microbiche e le specie chimiche presenti sulle aree interne dell’Iss. Il microbioma è l'insieme del patrimonio genetico e delle interazioni ambientali  della totalità dei microrganismi di un ambiente definito. Ci sono ad esempio circa 1.000 Mld di batteri per grammo di contenuto del colon, il più alto accumulo di microrganismi osservato in qualsiasi ecosistema e che permette di digerire il cibo, neutralizzare gli elementi tossici  e assorbire le sostanze nutritive.       

A prelevare i campioni da analizzare, con tamponi di superficie strisciati su una generica area, sono stati gli astronauti della Expedition 64 (64ª missione sull’Iss), iniziata il 21 ottobre 2020 e conclusa dopo 6 mesi, il 17 aprile 2021.

La missione aveva a bordo circa 1.000 dispositivi di campionamento. Per portare a termine l’esperimento, gli astronauti hanno dovuto tamponare una superficie di 5x5 cm in specifiche posizioni all’interno di 9 degli 11 moduli orbitali della Usos. Lo sforzo di campionamento, effettuato con strisciate a zig zag per coprire l’intera superficie in esame e favorire il trasferimento dei germi al tampone, ha richiesto in totale 6 giorni, impegnando gli astronauti per 23 ore e 52 minuti. I campioni sono giunti sulla Terra conservati a – 80° C e hanno mantenuto la temperatura fino all’arrivo ai laboratori di ricerca dell’Università. 

Qui sono stati aperti e sottoposti a un duplice controllo: analisi chimica per identificare residui di sostanze utilizzate per l’igiene degli ambienti e analisi genomica, per caratterizzare e identificare i ceppi batterici presenti. Come gli esseri umani, anche i batteri possiedono un codice genetico univoco. L’analisi dell’ordine dei moduli (basi azotate) che lo compongono tramite le sequenze del Dna, fornisce ai ricercatori le tracce della loro identità.

Il primo risultato delle indagini è emerso dal confronto del microbioma dell’Iss con quello di ambienti terrestri. Gli analisti hanno scoperto che le colonie microbiche presenti erano meno diversificate rispetto alla maggior parte dei campioni prelevati sulla Terra. In particolare, le superfici erano prive di microbi ambientali liberi di solito presenti nel suolo e nell’acqua, con una composizione più simile ai campioni provenienti da ambienti industrializzati e isolati, come ospedali, habitat chiusi e abitazioni di  aree urbanizzate. I germi più diffusi sono stati quelli che costituiscono il microbioma cutaneo.

Il secondo risultato delle analisi è che la diversità microbica nell’Iss è variata secondo il modulo di provenienza del campione. Tale diversità non può dipendere da fattori ambientali condivisi tra moduli interconnessi, come parziali pressioni atmosferiche, temperatura e esposizione alle radiazioni, ma è influenzata dallo specifico tipo di utilizzo che gli astronauti fanno del modulo. Ad esempio, le aree di ristorazione e preparazione del cibo contenevano più microbi associati agli alimenti, mentre la toilette conteneva più microbi associati alle attività di minzione e defecazione. Il terzo risultato, quello che più di tutti ha sorpreso gli scienziati, è che ovunque erano presenti tracce di sostanze chimiche tipiche dei prodotti per l’igiene e la disinfezione.

Abbiamo notato che l’abbondanza di disinfettante sulla superficie della Stazione spaziale internazionale è strettamente correlata alla diversità del microbioma in diversi ambienti, dice Nina Zhao, ricercatrice dell’Università  e co-autrice dello studio.

Alla luce di questi risultati, l’ipotesi dei ricercatori è che la perdita di diversità microbica sull’Iss possa essere associata all’eccessivo uso di disinfettanti e che ciò sia strettamente correlato alle disfunzioni del sistema immunitario. Emerge dagli studi che un’esposizione microbica diversificata giova alla salute umana, contribuendo alla produzione di un ventaglio di anticorpi che rendono più forti le difese immunitarie umane. Per ovviare a questi problemi gli autori propongono 2 soluzioni, entrambe in grado di proteggere la salute degli astronauti, senza sacrificare l’igiene.

La prima soluzione consiste nel creare all’interno dell’Iss ambienti popolati da microbi che di solito si trovano in ambienti naturali, ad esempio i giardini.

Invece di fare affidamento su spazi altamente sanificati, le future stazioni spaziali potrebbero trarre vantaggio dall’introduzione intenzionale di comunità microbiche che permettano di imitare l’esposizione naturale a germi che si sperimenta sulla Terra, dice R.A. Salido, ricercatore e primo autore dello studio.

La seconda soluzione è una sanificazione basata sull’utilizzo di batteri probiotici (batteri lattici, dai lactobacilli ai bifidobatteri, micro-organismi vivi che somministrati in quantità adeguata, apportano un beneficio alla salute), metodo che in alternativa a sostanze chimiche consente di ridurre la contaminazione delle superfici da parte di germi patogeni, sfruttando la loro competizione biologica con microrganismi innocui per la salute.

Se si vuole che la vita prosperi fuori dalla Terra, non possiamo semplicemente prendere un piccolo ramo dell’albero della vita, lanciarlo nello spazio e sperare che funzioni, aggiunge Salido. Dobbiamo iniziare a pensare a quali altri compagni utili dovrebbero viaggiare in compagnia degli astronauti, per aiutarli a sviluppare ecosistemi sostenibili e benefici per tutti. L’assenza di microbi ambientali terrestri, combinata con l’elevato uso di disinfettanti suggerisce che l’Iss possa essere un ambiente non ottimale per supportare la funzione del sistema immunitario, concludono i ricercatori.

Lo studio fornisce preziose prove sul fatto che sull’Iss esiste un gradiente microbico e chimico collegato all’uso dei vari moduli abitativi, ciascuno connesso a vari rischi sulla salute. Offre spunti per migliorare i progetti delle future Stazioni spaziali per missioni a lungo termine, in vista dei preparativi in corso per il prossimo allunaggio.

(consultazione:   cell, the international space station, a unique and extreme microbial and chemical environment driven by use patterns -  r. a. salido, haoqi nina zhao, daniel mcdonald, helena mannochio-russo, simone zuffa, renee e. oles, g.fiasconaro, febbraio 2025)