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Contaminazione dallo Spazio?

Seconda parte

Un tempo, tutti i campioni non terrestri venivano considerati come potenziali rischi biologici. La NASA metteva in quarantena gli astronauti dell’Apollo al ritorno dall’esplorazione della superficie lunare, perché le tute spaziali erano ricoperte di polvere lunare che non era ancora stata studiata e quindi risultava potenzialmente pericolosa per la vita umana. Gli astronauti delle missioni Apollo 11, 12, 14 trascorsero i loro primi 21 giorni nella Crew Reception Area del Lunar Receiving Laboratory, che aveva un complesso impianto per il filtraggio dell’aria che impediva l’ingresso di sostanze contaminanti dall’esterno e la fuoriuscita o la circolazione di potenziali microbi lunari. Nel caso di un guasto, vi era un impianto di filtraggio supplementare. Quando poi la NASA studiò i campioni lunari e scoprì che non contenevano nessuna forma di vita, abbandonò molti dei protocolli di sicurezza adottati fino a quel momento.

Il Crew Reception Area del Lunar Receiving Laboratory divenne poi l’Astromaterials Research and Exploration Science Directorate della NASA sempre al Johnson Space Center, che conserva oggi non solo i campioni di roccia lunari delle missioni Apollo, ma anche campioni di meteoriti e particelle di comete. Tutto questo materiale è oggi custodito in “camere bianche” dove, cioè, l’aria fuoriesce continuamente dalla stanza in modo che l’interno rimane sterile.

L’astronauta Alan B. Shepard Jr. della missione Apollo 14 assembla l’equipaggiamento sulla superficie lunare nel febbraio 1971.  Crediti: NASA

Con le missioni spaziali in corso e con le future, anche di esplorazione spaziale con equipaggio umano, quello della protezione del nostro pianeta da contaminazione è un tema estremamente importante, sul quale il Comitato per la Ricerca Spaziale – (COmmittee on SPAce Research, COSPAR) e le numerose agenzie spaziali mondiali stanno discutendo per riscrivere le linee guida che fanno riferimento a circa 50 anni fa, con il Trattato sullo Spazio Esterno (Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, including the Moon and Other Celestial Bodies). C’è bisogno di una maggiore cautela.

Per i futuri laboratori si stanno studiando le tecnologie dei migliori laboratori di biosicurezza del mondo, come quello del National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL) di Boston, che rappresenta un insieme di laboratori per le malattie infettive dove vengono immaginati gli scenari peggiori, come la fuoriuscita di un agente patogeno. Tutti i membri dello staff sanno come comportarsi in caso di emergenza, conoscono a memoria i protocolli di mantenimento della sicurezza tanto che è considerato uno dei laboratori più sicuri al mondo. Tecnici e progettisti della NASA studiano i processi che mantengono il laboratorio sterile e sicuro e lo prendono come esempio per costruire nuovi laboratori. Dagli anni Sessanta ad oggi la tecnologia e i protocolli di biosicurezza hanno fatto passi da gigante.

Nei laboratori con un livello di biosicurezza uno si seguono le pratiche di pulizia standard, come la decontaminazione di tutta l’attrezzatura quotidiana, il lavaggio delle mani, pulizia generale di tutte le stanze; sistemi di ventilazione specifici mantengono l’aria all’interno del laboratorio (e chi di noi è uno studente di biologia, questo tipo di pulizia è bene nota).

Nei laboratori con un livello di biosicurezza due vi sono pratiche di decontaminazione più rigorose ma non possiamo definirle estreme.

Nei laboratori con un livello di biosicurezza tre gli operatori devono indossare delle tute di protezione Tyvek complete e usare il respiratore. Si entra in un ambiente ermetico e si attraversa una doppia porta per entrare nel laboratorio. Le postazioni di laboratorio sono dotate di vetri protettivi e sistemi di ventilazione per l’aspirazione dell’aria dall’alto. Tutto viene sterilizzato e decontaminato, proprio quello che si fa attualmente in un laboratorio per lo studio del virus SARS-Cov-2. Questo non rappresenta il livello di biosicurezza più alto, che è invece dato dal livello quattro, e che riguarda pestilenze più letali come il virus Ebola. I ricercatori indossano tute completamente scafandrate; le tute, i guanti, le visiere protettive e i respiratori sono formati da vari strati protettivi e isolanti.

I futuri laboratori per l’analisi dei campioni marziani avranno un livello di biosicurezza quattro. Ci vorranno anni di studi perché diventino operativi e potrebbe essere necessario fare altre variazioni.

Primi esseri umani su Marte. Una rappresentazione artistica della NASA che risale al 2019. Le missioni in programma su Marte porteranno una serie di tecnologie che potrebbero rendere Marte più sicuro e più facile da esplorare per il genere umano. Crediti: NASA/JPL ref. File: PIA23302-First Humans On Mars-Artist Concept.

Oggi in Texas si sta pensando di costruire un laboratorio di questo tipo, il Mars Quarantine Facility, che ospiterà non solo polvere e rocce marziane ma anche gli astronauti al rientro dalla missione su Marte. ESA e NASA stanno collaborando per una struttura simile a Vienna, di proprietà dell’ESA. Meglio essere prudenti, assicurano sia NASA che ESA.

Cosa succederebbe se portassimo sulla Terra batteri extraterrestri? Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto microrganismi resistenti che riescono a sopravvivere in luoghi sempre più inospitali. I minuscoli tardigradi possono sopravvivere persino nel vuoto dello spazio. Noti come “orsi d’acqua”, i tardigradi sono piccole creature che vivono in acqua e sono diventate famose per la loro resilienza. Questi invertebrati a 8 zampe possono infatti sopravvivere fino a 30 anni senza cibo o acqua e possono resistere a temperature estreme, all’esposizione alle radiazioni, e anche al vuoto dello spazio. I tardigradi sono quasi indistruttibili se facciamo riferimento alla Terra, ma è possibile che ci siano altri esempi di specie resilienti altrove nell’universo. Indistruttibili, ma non del tutto: soffrono le alte temperature. Il che torna a far suonare l’allarme sul riscaldamento globale.

Fotografia al microscopio a scansione di un tardigrado del genere Paramacrobiotus. Crediti GlobalScience.

La contaminazione interplanetaria si distingue in due tipi: contaminazione interplanetaria di ritorno, legata all’introduzione di eventuali organismi extraterrestri sulla Terra, e in contaminazione interplanetaria diretta, prodotta dal trasferimento di forme di vita terrestri su un altro corpo celeste, come Luna, asteroidi e Marte (al momento).

La contaminazione interplanetaria diretta non è poi così difficile o impossibile, tenendo conto che la nostra pelle è ricchissima di germi che, nella maggior parte dei casi, non causano alcun danno alla nostra salute; ovunque troviamo batteri, organismi unicellulari, che si possono posare su tutte le superfici. È possibile che, visto il loro elevato potenziale di adattabilità, abbiamo la possibilità di sopravvivere a lunghi viaggi nello spazio e adattarsi a un ambiente extraterrestre. Questo al momento non lo possiamo escludere. Infatti, alcuni esperimenti condotti da un team del Radboud University Medical Center dei Paesi Bassi, e pubblicati su Astrobiology [1], ha dimostrato che alcune specie batteriche in vitro e in vivo, quali Serratia marcescens, Burkholderia cepacia, Klebsiella pneumoniae e Pseudomonas aeruginosa, possono sopravvivere quando sottoposte ad un regime alimentare “alieno”, e si adattano molto bene a queste nuove condizioni “aliene”.

Queste quattro specie di batteri sono tutti patogeni opportunisti, cioè microrganismi che non sono in grado di causare malattia in individui sani, ma che possono diventarlo approfittando di un abbassamento delle difese immunitarie. I batteri in vitro sono stati alimentati in opportuni terreni di coltura con azoto inorganico (ione ammonio), fosforo (fosfato), zolfo (solfato), ferra, acqua e con zuccheri isolati da meteoriti carbonacee. Sono sopravvissuti e moltiplicati.

Gli esperimenti in vivo, invece, compiuti su dei topolini da laboratorio, hanno mostrato come i batteri, soprattutto Klebsiella pneumoniae, sono in grado di nutrirsi di zuccheri alieni e riescono ad adattarsi modificando la loro parete cellulare. Il sistema immunitario dei topolini infettati reagiva scatenando una risposta immunitaria più forte.

Il sistema immunitario di un astronauta, dunque, può essere sottoposto a dei rischi durante viaggi spaziali a bordo della ISS o su altri pianeti, diventando più sensibile alle infezioni.

Tra i futuri obiettivi della NASA vi è quello di inviare esseri umani su Marte entro il 2030 in una missione di andata e ritorno che potrebbe richiedere fino a tre anni, molto più a lungo di quanto qualsiasi essere umano abbia mai viaggiato nello spazio. Questi voli spaziali a lungo termine potrebbero influenzare negativamente alcune cellule del sistema immunitario degli astronauti, secondo uno studio pubblicato sul Journal of Applied Physiology nel 2019 [2].

La permanenza a bordo della Stazione Spaziale Internazionale attualmente è una permanenza di “lunga durata” che può arrivare fino a 6 mesi, anche se le missioni spaziali russe a bordo della Stazione Spaziale MIR duravano un anno, il doppio di quelle attuali. La NASA e altre agenzie spaziali in questi ultimi anni si stanno focalizzando sul sistema immunitario degli astronauti per capire se questo possa essere compromesso o meno durante le missioni spaziali di “lunghissima durata” e comprendere quali rischi clinici possono insorgere agli astronauti esposti non solo alla microgravità, ma anche a radiazioni pericolose e stress di varia natura, compreso quello da isolamento. Questi rischi sarebbero tali da compromettere l’intera missione? Non c’è dubbio che tra questi rischi, il cancro rappresenti uno dei più grossi, a causa dell’esposizione alle radiazioni estremamente pericolose molto prolungate nel tempo.

La Stazione Spaziale rappresenta un ambiente molto sterile: è poco probabile che un astronauta si prenda l’influenza o una qualche comune infezione, ma sicuramente le infezioni che rappresentano un problema sono quelle causate da virus che si trovano già nel nostro organismo. Si tratta principalmente di virus che causano per esempio l’herpes zoster, la mononucleosi o l’herpes labiale. Tali virus rimangono nel corpo umano per tutta la vita e si attivano in condizioni di stress. Sono stati compiuti degli esami su alcuni campioni di sangue di otto membri dell’equipaggio della ISS, con individui sani che sono rimasti a Terra. Sono stati prelevati campioni di sangue prima del lancio, in diversi momenti della loro permanenza a bordo e alla fine della missione, una volta rientrati a casa. I risultati hanno mostrato come il sistema immunitario abbassi le sue difese quando l’astronauta si trova a bordo della ISS, rispetto ai livelli prima del volo e, superati i tre mesi di volo, la riduzione è ancora maggiore. L’effetto sembra più pronunciato negli astronauti che vanno nello spazio per la prima volta rispetto ai veterani. Le differenze potrebbero essere attribuite all’età o allo stress, facendo l’ipotesi che gli astronauti alla loro prima esperienza di volo (in genere anche più giovani), sperimenterebbero un maggiore stress rispetto ai colleghi veterani. Resta da vedere se il calo registrato nel sistema immunitario renda gli astronauti più suscettibili al cancro e alla riattivazione virale e studi ulteriori potranno sicuramente aiutare a chiarire questo punto.

L’astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea Samantha Cristoforetti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale nel 2013-2014 durante la sua prima missione (200 giorni). Crediti: ESA.

Ma naturalmente, i medici e gli scienziati sono interessati a capire come mitigare questi effetti, come evitare che il sistema immunitario cali durante i viaggi nello spazio. Per capire questo, bisogna prima di tutto capire che cosa produca l’abbassamento del sistema immunitario: stress, microgravità, radiazione, una pletora di tanti fattori? Scienziati americani, russi ed europei stanno già lavorando per potenziali contromisure che potrebbero aiutare a mantenere al meglio la salute degli astronauti nello spazio: tra questi, ci sono interventi nutrizionali o farmacologici e un maggiore esercizio fisico, che hanno già dimostrato un effetto positivo sulla funzione del sistema immunitario: trascorrere lunghi periodi di tempo sulla ISS comporta alcuni rischi per la salute, come la perdita di muscolatura, osteoporosi, a causa degli effetti della microgravità, solo per citarne alcuni.

Sicuramente arriveranno nuovi tipi di schermatura contro le radiazioni, un diverso tipo di alimentazione, diversi prodotti farmaceutici e altro ancora. Questo tipo di studi potrà portare benefici anche alla medicina sulla Terra e alla nostra salute.

Informazioni sul landing della Missione Apollo 14: 3D Measurements of Apollo 14 Landing Site, crediti NASA
[1] Jorge Domínguez-Andrés, Marc Eleveld, Georgios Renieris, Thomas J. Boltje, Rob J. Mesman, Laura van Niftrik, Sam J. Moons, Petra Rettberg, Jos W.M. van der Meer, Evangelos J. Giamarellos-Bourboulis, Huub J.M. Op den Camp, Marien I. de Jonge e Mihai G. Netea, Growth on Carbohydrates from Carbonaceous Meteorites Alters the Immunogenicity of Environment-Derived Bacterial Pathogens, Astrobiology Vol. 20, No. 11, 2020 – https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ast.2019.2173
[2] Austin B. Bigley, Nadia H. Agha, Forrest L. Baker, Guillaume Spielmann, Hawley E. Kunz, Preteesh L. Mylabathula, Bridgette Rooney, Mitzi S. Laughlin, Duane L. Pierson, Satish K. Mehta, Brian E. Crucian, Richard J. Simpson, NK-cell function is impaired during long-duration spaceflight. Journal of Applied Physiology, 2018; Vol. 126 No. 4, 842-853, 2019- https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/japplphysiol.00761.2018
Media INAF – Batteri alimentati con “zuccheri alieni”: si può fare – https://www.media.inaf.it/2020/05/28/batteri-nutrineit-extraterrestri/
National Geographic: https://www.nationalgeographic.it/scienza/2020/12/i-piani-per-proteggere-la-terra-da-possibili-batteri-alieni