Ação probiótica dos lactobacilos no espaço

L. casei Shirota foi enviado para avaliações de viabilidade durante um mês na Estação Espacial Internacional e apresentou resultados favoráveis

Os astronautas que atuam na Estação Espacial Internacional (International Space Station – ISS) são afetados por fatores ambientais específicos do espaço, como a microgravidade e a radiação cósmica, e devem realizar inúmeras missões em um ambiente isolado e fechado. Até o momento, pesquisas da Medicina Espacial revelaram que permanecer por um longo tempo em um ambiente de estresse complexo, como é o caso da ISS, provoca declínio funcional e mudanças no equilíbrio de células imunes, e conduz a uma diminuição da função imunológica. Portanto, a fim de construir uma contramedida para os desafios da saúde no espaço, a Yakult Honsha (matriz da multinacional japonesa) e a Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) começaram uma investigação conjunta, a partir de 2014, sobre os efeitos do consumo contínuo do probiótico Lactobacillus casei Shirota (LcS) em ambientes fechados e de microgravidade, nas funções imunológicas e na microbiota intestinal.

Este estudo conjunto tem como objetivo a verificação científica dos efeitos sobre a função imunológica e o ambiente intestinal dos astronautas com longa estada na ISS por meio do consumo contínuo de probiótico. Para isso, a Yakult e a JAXA enviaram amostras de Lactobacillus casei Shirota liofilizado, preparadas para ingestão, para ficarem armazenadas por um mês na ISS ‘Kibo’ – Japan Experiment Module (Módulo de Experiência do Japão), a 400km acima da Terra. A expectativa é que, por ser uma estirpe probiótica muito bem estabelecida, o Lactobacillus casei Shirota seja uma contramedida promissora para minimizar os efeitos do ambiente inóspito na estação espacial. O principal objetivo do experimento foi verificar como as bactérias láticas contribuem para a manutenção da saúde dos astronautas e desenvolver estudos que ajudem a promover ainda mais a saúde, com base no maior conhecimento sobre a Ciência da Vida.

Os cientistas espaciais já sabem, há muito tempo, que a supressão da função imunológica durante longos voos espaciais precisa ser superada, porque o enfraquecimento do sistema imune dos astronautas que ficam muito tempo fora da Terra aumenta o risco de doenças infecciosas e de câncer, além de sofrerem outros males, como perda de densidade óssea e atrofia muscular. Por meio das pesquisas realizadas com os astronautas da Estação Espacial Internacional – um ambiente de estresse complexo – os cientistas demonstraram que, ao ficar por muito tempo na ISS, realmente ocorre a diminuição da função imunológica como resultado da alteração do equilíbrio da imunidade e diminuição da função das células imunológicas. “Tem sido relatado que a função imunológica dos astronautas diminui ao permanecer no espaço. São poucos os sintomas clinicamente problemáticos da permanência por cerca de seis meses, porém, um maior período no espaço pode acarretar em maior risco”, reforça o diretor técnico espacial da JAXA, Koichi Wakata.

Como a futura exploração do espaço profundo deve levar astronautas para a Lua ou para Marte, um objetivo essencial dos cientistas espaciais é estabelecer medidas para combater a supressão do sistema imunológico e manter os cosmonautas saudáveis pelo tempo de experiência fora da esfera terrestre. Por esse motivo, a Yakult Honsha e a JAXA têm trabalhado juntas desde 2012 em pesquisas sobre os efeitos do probiótico Lactobacillus casei Shirota nas funções imunológicas e na microbiota intestinal de astronautas submetidos a ambientes fechados de microgravidade, visando estabelecer medidas contra problemas de saúde no espaço. A pesquisa colaborativa objetiva a verificação científica do efeito do Lactobacillus casei Shirota sobre a função imune e o ambiente intestinal, com a ingestão continuada do probiótico pelos astronautas que permanecem na ISS por um longo tempo. “Na Terra, já está cientificamente provado que o probiótico Lactobacillus casei Shirota chega vivo aos intestinos, propiciando um bom ambiente por meio do equilíbrio da microbiota intestinal, mantendo e ativando a função imunológica. Por outro lado, não tínhamos experiência em desenvolver estudos em ambientes espaciais. Com esta pesquisa, conseguimos demonstrar cientificamente que o Lactobacillus casei Shirota armazenado na ISS manteve as mesmas propriedades, avaliando por diversos pontos”, acentua o diretor do Instituto Central Yakult, Fumiyasu Ishikawa. 

Cientistas desenvolveram um probiótico liofilizado especialmente para  experimentos espaciais

Durante a pesquisa intitulada ‘Estação Espacial Internacional ‘Kibo’ – Avaliação da estabilidade por experimento a bordo no Módulo Experimental Japonês’, os cientistas verificaram a quantidade de Lactobacillus casei Shirota viáveis nas amostras, as propriedades de fermentação da cepa, as informações genéticas e os efeitos imunomodulatórios do probiótico liofilizado. O primeiro passo foi desenvolver um produto com probiótico especialmente para experimentos espaciais contendo L. casei Shirota liofilizado em forma de cápsula (Probiotics Package), e testar sua estabilidade por um mês de armazenamento na ISS. Manter os produtos que contêm microrganismos frescos é uma maneira eficaz de prolongar sua vida útil, mas um dos desafios no uso de probióticos na ISS é o uso limitado da refrigeração. Além disso, em termos de requisitos operacionais na ISS, para evitar danos aos dispositivos mecânicos é essencial evitar a difusão de materiais probióticos no ambiente de microgravidade.

“Para lidar com esses desafios, desenvolvemos uma cápsula contendo pó LcS liofilizado (cápsula LcS) que é capaz de manter o L. casei Shirota vivo por longos períodos em temperatura ambiente. Para as experiências espaciais, também concebemos o Probiotics Package contendo cápsulas LcS, especialmente para atender aos requisitos operacionais da ISS”, relatam os cientistas. A temperatura dentro do módulo ‘Kibo’ variou de 20°C a 24,5°C; a taxa de dose absorvida da amostra foi de 0,26mG/dia e a taxa equivalente de dose foi de 0,52mSv/dia. O número de L. casei Shirota vivos foi de 1,05 x 1011 unidades formadoras de colônias/g pó (49,5% do valor inicial) seis meses após o início do estudo, valor comparável aos dois controles terrestres.

O pacote de amostras para experimentos de consumo, incluindo registrador de temperatura e detector de radiação cósmica (biopadles), partiu no SpaceX, Inc.’s Dragon Supply Vessel No 8 (SpX-8), lançado em 9 de abril de 2016, e foi mantido no ISS ‘Kibo’ – Japan Experiment Module por cerca de um mês. Depois deste período, foi recarregado no SpX-8 e coletado na costa da Califórnia, no Oceano Pacífico, em 12 de maio do mesmo ano (ambos no horário do Japão). O pacote recuperado foi transportado para o Instituto Central Yakult, em Kunitachi, Tóquio, pelo Centro Espacial Johnson (NASA) em condições refrigeradas. No Instituto Central Yakult foram realizadas análises sobre viabilidade, propriedades de fermentação, informação genética e efeitos imunomoduladores da cepa.

Para evitar a difusão das cápsulas danificadas durante o transporte, incluindo o lançamento no veículo de reabastecimento para a ISS, as cápsulas LcS foram embaladas duplamente em um pacote press-through (PTP), com um saco laminado de alumínio como pacote secundário, e dessecantes foram presos ao interior do saco laminado de alumínio para evitar a absorção de umidade. Um pacote de probióticos continha quatro pedaços de folhas de PTP, com 40 cápsulas (10 cápsulas/folha) no total. Um registrador de dados de temperatura e um Dosímetro Passivo para Experiências Lifescience no Espaço para amostras biológicas foram colocados nas embalagens para monitorar a temperatura ambiental e as doses de radiação no espaço. A validade dos materiais e a configuração do Probiotics Package foram revisadas pelo Gabinete de Segurança do Espaço Humano e Garantia da Missão da JAXA e pelo Departamento de Segurança e Garantia do Produto da Japan Manned Space Systems Corporation. Os pacotes foram aprovados para estiva na ISS antecipadamente.

O resultado do experimento foi publicado sob o título ‘Probiotics into outer space: feasibility assessments of encapsulated freeze-dried probiotics during 1 month’s storage on the International Space Station’ (Probióticos no espaço sideral: avaliações de viabilidade de probióticos liofilizados encapsulados durante um mês de armazenamento na Estação Espacial Internacional), com autoria de cientistas da JAXA e do Instituto Central Yakult. Para os pesquisadores, o estabelecimento da parceria com a JAXA para o estudo na ISS acelerou as investigações sobre as respostas fisiológicas de astronautas com estadas espaciais prolongadas. “Mais de 50 anos se passaram desde que a raça humana chegou ao espaço sideral. Graças aos contínuos esforços dos astronautas, bem como dos cientistas espaciais, várias descobertas sobre a fisiologia do corpo humano no espaço foram relatadas e evidências acumuladas sugerem que a exposição em longo prazo ao ambiente espacial pode afetar negativamente a função imunológica humana”, relatam.

Viabilidade permite novos experimentos com LcS

Os cientistas do Instituto Central Yakult avaliaram os efeitos das condições ambientais (doses de radiação, de temperatura e espaço) e as propriedades probióticas básicas do L. casei Shirota que ficou um mês na ISS, em comparação com as amostras dos controles de solo, e concluíram que foram mantidas em ótimo estado, sem danos. Também foi possível observar que, além de o LcS estar vivo, a viabilidade probiótica nas cápsulas que ficaram armazenadas na ISS foi equivalente às presentes nas cápsulas mantidas no Centro Espacial Johnson e no Instituto Central Yakult, nos Estados Unidos e no Japão, durante o mesmo período de armazenagem na ISS. Em relação às propriedades de fermentação e informação genética do LcS também não houve diferença entre as amostras da ISS e dos controles, em ambos os casos. Assim, os pesquisadores concluíram que as características do Lactobacillus casei Shirota foram mantidas.

Ao comparar a indução da produção de interleucina 12 (IL-12) usando macrófagos nas amostras armazenadas na ISS e de controle na Terra foi possível demonstrar, também, a ação imunorreguladora da cepa. Devido à capacidade de o LcS induzir a produção de IL-12, que é um indicador de ativação de células imunes, os resultados foram equivalentes para todas as amostras. Além disso, não houve diferença na estrutura da parede celular do L. casei Shirota, que está muito relacionada com a capacidade de induzir a produção de IL-12, nas amostras armazenadas na ISS e na Terra. Os cientistas também não encontraram diferença entre os resultados da contagem de LcS viáveis​, propriedades de fermentação, informação genética e análises dos efeitos imunomoduladores entre as amostras armazenadas na ISS e de controle na Terra. “Com base nos resultados desta pesquisa, espera-se que os efeitos do probiótico L. casei Shirota, quando consumido na Terra, sejam os mesmos quando consumido por astronautas na ISS. Desta forma, considera-se que as propriedades dessa amostra experimental de consumo contribuíram para a estabilidade do probiótico em ambiente espacial”, ressaltam os cientistas. O estudo foi publicado em 16 de julho de 2018 no jornal on-line Scientific Reports, integrante da revista científica britânica Nature.

Parceria desde 2012

A JAXA estabeleceu um laboratório de biologia médica espacial em abril de 2007 e, desde então, vem realizando pesquisas de Medicina voltadas para astronautas, bem como pesquisas visando todas as formas de vida. Em 2012, surgiu a ideia do estudo conjunto entre a Yakult Honsha e a JAXA, quando a multinacional participou do Kibo Utilization Forum, estabelecido pela Japan Aerospace Exploration Agency para promover a utilização do Módulo Experimental ‘Kibo’ na ISS. A fim de garantir um voo espacial tripulado bem-sucedido é necessário manter a saúde mental e física dos astronautas para que possam demonstrar plenamente sua capacidade, por isso, a JAXA vem examinando a utilização de alimentos funcionais no espaço, incorporando probióticos e outros ingredientes. Desta forma, Yakult e JAXA têm conseguido desenvolver estudos na área e, com isso, o Japão saiu na frente de outros países nas pesquisas em relação ao tema.