Les poissons n’aiment pas trop nager dans l’espace

Dans l'espace, les astronautes voient leur densité osseuse s'effondrer, comme s'ils étaient victimes d'ostéoporose. Pour mieux comprendre ce phénomène, des chercheurs ont expédié des poissons sur l'ISS.
18 janvier 2017, 8:00am
Image : NASA/Philipp Keller/Stelzer Group/EMBL

En 2014, des poissons embarqués sur la Station Spatiale Internationale ont subi une réduction quasi immédiate de leur densité osseuse lorsqu'ils ont fait l'expérience d'un environnement en microgravité. Ce sont là les résultats d'une étude publiée dans Scientific Reports par une équipe de biologistes de l'Institut de technologie de Tokyo qui a mené des expériences à distance sur les poissons médakas nouvellement éclos dans l'espace.

Ces résultats sont très préoccupants, mais guère surprenants. Les effets dramatiques de la microgravité sur la densité osseuse ont déjà été observés chez des astronautes ayant fait un séjour prolongé sur l'ISS : la détérioration osseuse commence après le 20e jour en orbite, sous la forme d'un processus analogue à l'ostéoporose (le plus souvent associée au vieillissement). Les mécanismes qui sous-tendent cette dégénérescence, cependant, sont encore mal connus : on ne sait pas pourquoi la densité osseuse évolue de cette façon lors de voyages spatiaux prolongés, mais surtout, on ne sait pas traiter l'ostéoporose, ici, sur Terre. Les scientifiques ont donc décidé d'utiliser des poissons médaka, dont la squelettogenèse est semblable à la nôtre.

« En microgravité, on observe de nombreux changements dans le corps de l'animal – des déplacements de fluides, l'augmentation de la pression artérielle, et des étourdissements », explique Akira Kudo, l'auteur principal de l'étude. « La densité minérale osseuse est particulièrement touchée en microgravité, mais on ne sait pas comment les ostéoblastes et les ostéoclastes réagissent juste après la mise en orbite. »

Pour mieux comprendre les effets biologiques du « stress de la microgravité », en effet, il faut observer deux types de cellules : les ostéoclastes et les ostéoblastes. Les premiers sont responsables de la décomposition du tissu osseux, un rôle clé dans la réparation et la maintenance des os, tandis que les seconds sécrètent la matrice utilisée dans la formation osseuse.

Les chercheurs ont pu observer l'activité de ces cellules en direct grâce à un laboratoire à distance, au Tsukuba Space Center, en utilisant la microscopie à fluorescence. Ils ont créé des poissons transgéniques qui brillent sous différentes longueurs d'onde lumineuses. Les poissons ont été expédiés au cosmodrome de Baïkonour, le site de lancement de la fusée Soyouz au Kazakhstan, après avoir été transportés du Japon sous forme d'œufs par Kudo et co.

Les poissons ont passé les six premières semaines de leur vie sur le site de lancement avant d'être plongés dans un gel spécial en vue de leur voyage à bord du vol Soyuma TMA-10M. Ils ont ensuite passé les deux mois suivants à bord de l'ISS. Les huit premiers jours, on les a placés sous un microscope à fluorescence : les chercheurs voulaient observer les cellules osseuses du poisson en temps réel. Ces observations ont ensuite été comparées à un groupe témoin de poissons médakas, sur Terre.

Les marqueurs d'expression génique pour les deux variétés de cellules osseuses ont augmenté de façon significative du groupe témoin de medaka sur Terre. Le premier jour, cette augmentation a été observée dans les ostéoclastes, où elle a persisté pendant jusqu'à huit jours. Dans les ostéoblastes, l'augmentation est venue quatre jours après l'arrivée à l'ISS. L'augmentation des ostéoclastes a été observée dans deux gènes spécifiques de l'os: l'ostérix et l'ostéocalcine. Normalement, ils apparaissent dans le développement du poisson à différentes phases, avec l'ostérix apparaissant plusieurs jours avant l'ostéocalcine. Ici, ils sont apparus simultanément, offrant une nouvelle indication sur le mécanisme fondamental de la perte osseuse liée aux vols spatiaux et, peut-être, l'affection généralisée mais mal traitée de la vieillesse, l'ostéoporose.

Les marqueurs d'expression génique des deux variétés de cellules osseuses ont augmenté de façon significative par rapport au groupe témoin de poissons restés sur Terre. Le premier jour, cette augmentation a été observée dans les ostéoclastes, où elle a persisté pendant huit jours. Chez les ostéoblastes, on l'a observée quatre jours après l'embarquement sur l'ISS. Deux marqueurs spécifiques étaient concernés chez les ostéoclastes : l'ostérix et l'ostéocalcine. Normalement, ils apparaissent lors de deux phases distinctes du développement du poisson (l'ostérix apparait plusieurs jours avant l'ostéocalcine). Ici, ils sont apparus simultanément, ce qui donne aux chercheurs un indice important sur le mécanisme biologique lié à la dégénérescence osseuse sur vols spatiaux.

Bien sûr, il ne s'agit là que de tests animaux, et il faudra effectuer davantage de recherches avant de pouvoir appliquer ces connaissances aux humains. Cependant, Kudo et son équipe espère qu'une toute nouvelle discipline naitra bientôt : la biologie gravitationnelle. Ils ne plaisantent qu'à moitié.