Des rongeurs envoyés à la Station spatiale internationale révèlent des liens possibles entre les bactéries intestinales et la perte osseuse en microgravité

La densité osseuse des astronautes – humains et rongeurs – diminue dans l’espace. Les chercheurs rapportent le 19 avril dans la revue Cell Reports que les changements dans les microbiomes intestinaux des voyageurs spatiaux peuvent être liés à la perte osseuse. Les rongeurs qui ont passé un mois ou plus sur la Station spatiale internationale ont modifié leur microbiome et augmenté sa diversité, et les espèces bactériennes qui ont prospéré dans l’espace peuvent avoir contribué à l’augmentation de la production de molécules connues pour affecter le remodelage osseux.

« Ce n’est qu’un autre exemple frappant illustrant les interactions dynamiques entre le microbiome et ses hôtes mammifères. Le microbiome intestinal surveille et interagit constamment, et c’est également le cas lorsqu’il est exposé à la microgravité », déclare l’auteur principal Wenyuan Shi, microbiologiste et PDG. de l’Institut Forsyth. « Nous n’avons pas encore découvert s’il existe un lien de causalité entre les modifications du microbiome et la perte osseuse observée en microgravité et s’il s’agit simplement d’une conséquence ou d’une compensation efficace de l’atténuation, mais les données sont encourageantes et ouvrent de nouvelles pistes d’exploration. « 

Nos os ne sont pas fixes. Même lorsque nous sommes adultes, des matériaux sont constamment ajoutés, retirés et transformés dans un processus appelé remodelage osseux. Des études récentes ont indiqué que le microbiote intestinal peut influencer le remodelage osseux par divers mécanismes, notamment des interactions avec les systèmes immunitaire et hormonal. Les microbes produisent également différentes molécules en raison de leur métabolisme, et certains de ces métabolites interagissent indirectement avec les cellules responsables du remodelage osseux.

Nous nous attendions à ce que le microbiome soit affecté par les voyages spatiaux pour plusieurs raisons. dit le premier auteur et microbiologiste Joseph K. Badri, qui a commencé le travail à l’UCLA et a continué à l’Institut Forsyth. « De même, l’exposition à la microgravité a de nombreux effets sur les systèmes biologiques de l’hôte – dérégulation du système immunitaire, changements musculo-squelettiques, rythme circadien altéré, stress – et lorsque ces systèmes deviennent déséquilibrés, les communautés microbiennes peuvent également être perturbées. »

Pour explorer comment le microbiome change lors d’une exposition prolongée à la microgravité et pour étudier les liens possibles entre ces changements et la densité osseuse, les chercheurs ont envoyé 20 rongeurs à la Station spatiale internationale. Dix de ces rongeurs sont revenus vivants sur Terre après 4,5 semaines, et les chercheurs ont suivi la récupération de leurs microbiomes à leur retour. Les 10 rongeurs spatiaux restants sont restés en orbite pendant 9 semaines. Vingt rongeurs « témoins au sol » ont été hébergés dans des conditions identiques – mais en apesanteur en moins – au sol. L’équipe a caractérisé et comparé les communautés microbiennes des différents groupes au fil du temps : avant le lancement, après le retour sur Terre et à la fin de l’étude. Ils ont également évalué les changements dans les métabolites sériques des rongeurs de l’espace qui ont été exposés à la microgravité pendant 9 semaines complètes.

« C’est la première fois dans l’histoire de la NASA qu’un rongeur est ramené vivant sur Terre », a déclaré Shi. « Cela signifie que nous avons pu collecter des informations sur le changement dans l’espace, puis surveiller la récupération du microbiome à leur retour. La bonne nouvelle est que bien que le microbiome change dans l’espace, ces changements ne semblent pas persister lors du retour à Terre. »

Lorsque l’équipe a caractérisé et comparé les microbes intestinaux des furets spatiaux et des furets témoins au sol, ils ont découvert que les furets spatiaux avaient des microbes intestinaux plus diversifiés. Deux types de bactéries – les espèces Lactobacillus et Dorea – étaient plus abondantes chez les rongeurs exposés à la microgravité, et leur abondance était plus élevée chez les rongeurs qui avaient été dans l’espace pendant 9 semaines contre 4,5 semaines. Le métabolisme de ces deux bactéries pourrait également avoir contribué aux métabolites plus élevés qui ont été détectés et liés à l’exposition à la microgravité.

« Lorsque nous avons cartographié les voies génétiques de Lactobacillus et Dorea, il semblait s’aligner sur les métabolites qui étaient élevés lors de l’exposition à la microgravité », explique Pedry. « Quand quelqu’un est en microgravité et subit une perte osseuse, il est logique que son corps essaie de compenser et que les systèmes biologiques en son sein le fassent également, mais nous devons faire plus d’études mécanistes pour vraiment valider ces hypothèses. »

Un facteur autre que la microgravité qui peut avoir affecté l’évolution des microbiomes des rongeurs dans l’espace est le fait qu’ils n’ont pas pu s’accoupler, un comportement normal pour les rongeurs dans lequel ils mangent leurs excréments, ce qui réintroduit les microbes dans les intestins. Cependant, les rongeurs qui sont revenus de l’espace 4,5 semaines plus tard ont pu se reproduire à leur retour, ce qui a peut-être contribué à la récupération du microbiome.

Alors que cette étude met en lumière la façon dont le microbiome change pendant le voyage dans l’espace, les auteurs disent que davantage de travail doit être fait pour comprendre le lien potentiel entre le microbiome et la densité osseuse. Ils prévoient de continuer à chercher ici sur Terre.

Si nous pouvons savoir quels microbes soutiennent le maintien de la densité osseuse, cela pourrait aider les astronautes à rester en meilleure santé dans l’espace. Les chercheurs affirment que ces informations pourraient également aider les personnes souffrant de perte osseuse due à des causes non liées à la gravité sur Terre. « Cela conduira potentiellement à de nouveaux outils pour gérer des maladies comme l’ostéoporose ou l’ostéoporose, donc ce n’est pas seulement une histoire isolée dans l’espace », a déclaré Shi.

Cette recherche a été soutenue par une subvention pilote Forsyth, le Forsyth Saliva Diagnostics Center via le Massachusetts Life Sciences Center et le National Institute of Dental and Craniofacial Research des National Institutes of Health.

Cell Reports, Pedri et al. Les métabolites spécifiques à l’hôte et les modifications du microbiome intestinal sont associés à la perte osseuse pendant les vols spatiaux. https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00310-8