Publicité
09-07-2020

On demande souvent aux astronautes de la Station spatiale internationale ce qu’ils mangent ou comment ils font pour dormir. La bonne question serait plutôt : qu’est-ce que ça sent?

Le résultat était si improbable que c’en était déconcertant. « Mais comment veux-tu que je justifie la présence de cailles dans l’espace ? » a demandé le biologiste Nicholas Brereton à son collègue Emmanuel Gonzalez, spécialiste en métagénomique. Ensemble, ils s’intéressent aux communautés microbiennes, dont celles qui grouillent dans la Station spatiale internationale (SSI). Et ce qu’ils ont trouvé à l’automne 2018 laissait croire que de petits volatiles au plumage brun avaient déjà élu domicile dans la Station, qui orbite autour de la Terre.

Emmanuel Gonzalez, spécialiste en métagénomique de l’Université McGill. Image: Aleksandra Nowicka/Bovihome

Tout a commencé par une nouvelle technique appelée ANCHOR, mise au point par Emmanuel Gonzalez, rattaché à l’Université McGill, et des chercheurs de l’Institut de recherche en biologie végétale de l’Université de Montréal, dont Nicholas Brereton. La méthode offre une précision inégalée pour analyser d’énormes quantités de données génomiques dans le but d’identifier les espèces de microorganismes présents dans un échantillon. Elle permet de réduire un phénomène que connaissent bien les spécialistes en métagénomique : ils naviguent dans leur discipline tels des écologistes myopes, « comme si, en se promenant dans une forêt, on pouvait seulement dire “J’ai vu quelque chose de marron… je crois”. On a un problème de résolution », illustre Emmanuel Gonzalez.

ANCHOR augmente cette résolution sans faire d’amalgame entre des séquences génétiques similaires, ce qui avait pour effet de modifier les données et de dissimuler la véritable diversité des espèces bactériennes. Pour tester cette approche, les chercheurs se sont naturellement tournés vers ce qui les fait rêver : l’espace. Sur le site de la NASA, ils ont eu accès à un jeu de données correspondant au matériel génétique trouvé sur les murs, les claviers et les rampes de deux modules de la SSI. Ces prélèvements avaient déjà été analysés grâce à une méthode éprouvée nommée QIIME dans une étude publiée en 2017.

Après environ deux jours de calculs réalisés sur des serveurs de Calcul Québec, l’équipe est parvenue à des résultats différents de cette précédente étude ; de nouvelles espèces ont émergé et certaines se sont révélées vraiment plus abondantes. Les chercheurs pouvaient également voir les traces de multiples plantes et animaux passés par la Station, détectés indirectement, car les mitochondries et chloroplastes de leurs cellules descendent de bactéries. C’est alors que l’empreinte des cailles est apparue. L’étonnement dubitatif n’a pas duré. « Quelques heures après, Nicholas me rappelait pour me dire que les astronautes ont vraiment apporté des cailles dans l’espace ! » relate Emmanuel Gonzalez en nous montrant une vidéo mettant en vedette un petit oiseau tournoyant en apesanteur. Ce modèle animal est utilisé pour des expériences dans l’espace au moins depuis 1979 et son développement embryonnaire a notamment été étudié dans la SSI.

L’équipe a découvert que le module Harmony, où dorment des astronautes, s’apparente à un gros système digestif humain ! Le module Destiny, où sont situés les laboratoires américains, compte toutefois une bien plus grande variété de microorganismes. « On ne s’attendait pas à autant de diversité… Les occupants font tellement attention ; ils lavent tout, tout le temps, et tout ce qui est envoyé vers la Station est désinfecté pour enlever toute trace de vie. » Le tout a été publié dans Environmental Biology en 2019.

La SSI a été lancée en 1998. Depuis, les agences spatiales ne badinent pas avec les mesures de précaution, car personne ne veut qu’un pathogène infecte les équipages − et ce sera encore plus nécessaire pour les longues missions vers Mars ou un astéroïde. Imaginez une gastroentérite spatiale… Eh bien, c’est déjà arrivé ! À l’occasion de la mission Apollo 8, en 1968, tout l’équipage a souffert d’une gastro (virale) avant le départ et un astronaute a vomi en vol et a eu des maux de ventre. Une infection urinaire a également été notée pendant Apollo 13.

Les agences spatiales ont beau mettre les astronautes en quarantaine deux semaines avant le départ, ils traînent avec eux des milliards de bactéries, tout comme les animaux et les plantes qui font partie des expériences scientifiques dans l’espace et parfois même le matériel. Évidemment, aucune fenêtre n’a pu être ouverte pour aérer la Station en 22 ans ! Aucune douche n’a été prise ! De plus, les produits utilisés pour nettoyer les surfaces et les instruments ne peuvent pas être trop forts, car ils pollueraient l’air. Il y a bien un aspirateur, un système de purification de l’air ultrasophistiqué, des tâches de désinfection des équipements et le nettoyage régulier de la toilette et de la cuisine. Mais ça reste un milieu de vie riche. « Je ne peux pas croire que les astronautes ne le sentent pas… », lâche Emmanuel Gonzalez.

En entrevue avec le magazine Wired en 2017, l’astronaute américain Scott Kelly disait avoir eu des rappels de la SSI en visitant une prison qui embaumait « l’antiseptique, la poubelle et les odeurs corporelles ». Charmant !

Nous avons donc posé la question à David Saint-Jacques, le dernier Canadien ayant vécu dans la Station spatiale internationale : qu’est-ce que ça sent à bord ? Pas grand-chose, nous a-t-il répondu… « En condition d’apesanteur, notre sens de l’odorat est réduit en raison de la congestion nasale causée par la migration du sang vers la tête. Un peu comme quand on a le rhume, on sent moins bien les odeurs. » Tant mieux !

Amies ou ennemies

Cette faune n’est pas forcément malvenue. Elle est au contraire indispensable. Les scientifiques l’ont maintes fois montré : l’humain, tout comme les animaux et les plantes, a besoin des bactéries. « Les animaux de laboratoire sans flore bactérienne et élevés dans un milieu aseptisé ne se portent pas très bien », rappelle Nicole Buckley, de l’Agence spatiale canadienne.

Contrairement à ses collègues, la chef scientifique des sciences de la vie ne décore pas son bureau uniquement de fusées et de photos d’astres, mais également de toutous en forme de microbes. Pas surprenant, donc, qu’elle ait trouvé très intéressants les travaux des chercheurs québécois. « On parle toujours du microbiome de notre bouche ou de notre intestin. Mais il y a un microbiome dans la pièce où l’on se trouve ! Comment influe-t-il sur notre santé ? Si l’effet était négatif, on serait malade et on le saurait. Mais prouver son influence positive est plus difficile. » D’où l’intérêt de bien caractériser les espèces présentes dans la SSI.

Et de vérifier si elles sont toujours actives. « C’est comme des fouilles archéologiques. On voit l’ADN, mais on ne sait pas s’il se rattache à un organisme mort ou vivant », précise Nicole Buckley.

Elle ne s’en fait pas trop pour les astronautes, qui ont une santé de fer, dit-elle. « Ce ne sont pas des individus comme vous et moi… » Les études montrent néanmoins que leur système immunitaire est affecté par l’environnement spatial, comme le prouve la réactivation de certains virus en dormance (voir l’encadré violet ci-dessous). Et les analyses réalisées au moyen d’ANCHOR indiquent qu’il n’y a pas que des amies dans la SSI ; des passagers indésirables l’ont infiltrée. La bactérie F. magna, qui se tient habituellement dans les intestins, s’y trouve et peut causer des infections. Quant à la bactérie qui colonise plusieurs bouches humaines, H. parainfluenzae, elle répond également présente et possède ce qu’il faut pour devenir un pathogène multirésistant aux antibiotiques.

Le feu sauvage de l’espace

Les virus aussi sont dans la mire des agences spatiales. Parmi eux figurent les huit virus de la famille des Herpesviridae (dont ceux de la varicelle et du feu sauvage), que de 70 à 95 % de la population a déjà contractés et qui demeurent en latence dans le corps. Des experts de la NASA ont analysé la salive et l’urine de 112 astronautes ayant participé à de courtes ou de longues missions. Ils ont trouvé des virus réactivés chez plus de la moitié d’entre eux et la charge virale augmente avec la durée du séjour, révèle leur article publié dans Frontiers in Microbiology. La production accrue d’hormones de stress réduit l’immunité cellulaire : les cellules qui éliminent habituellement les virus sont moins efficaces. Les pathogènes en profitent. Le rayonnement cosmique, la faible gravité, l’accélération incroyable au décollage font partie des stresseurs auxquels le corps d’un astronaute est soumis, en plus de l’isolement et de la perturbation des cycles de sommeil naturels, selon les auteurs. Seuls six astronautes ont toutefois présenté des symptômes mineurs, dont une lésion attribuable à l’herpès buccal.

Des analyses de la NASA révèlent que le système de traitement de l’eau est contaminé par deux bactéries du genre Burkholderia (cepacia et contaminans), probablement depuis son assemblage, avant même d’avoir été envoyé vers la SSI, en novembre 2008. Ces bactéries sont des dures à cuire : elles continuent de résister aux traitements de désinfection et de stérilisation du système.

Jusqu’à récemment, Aubrie O’Rourke n’avait jamais travaillé avec ces deux espèces − pas plus qu’avec la NASA. Mais cette chercheuse du J. Craig Venter Institute en Californie étudie depuis longtemps une cousine au potentiel létal, Burkholderia pseudomallei. « Elle est endémique en Asie du Sud-Est et dans le nord de l’Australie et vit dans le sol. Certains travailleurs de rizières se coupent et contractent une vilaine infection ou encore la bactérie peut entrer dans les voies respiratoires. Elle est bien connue pour entraîner des infections persistantes ; il s’agit d’ailleurs d’un potentiel agent de bioterrorisme. Quand j’ai vu que deux bactéries du même genre traînaient dans le système d’eau potable de la SSI, je me suis dit que ce ne devait pas être génial. »

Elle a proposé un projet de recherche à la NASA, qui l’a accepté. Il consistait à vérifier si les deux espèces se comportaient de la même façon dans l’espace que sur Terre, où elles sont un problème essentiellement pour les personnes atteintes de fibrose kystique, tandis que leur capacité à survivre dans l’eau distillée est une préoccupation en milieu hospitalier. Aubrie O’Rourke voulait notamment déterminer si ces bactéries conservaient la même virulence et la même faculté de former des biofilms (une communauté tricotée serré et collée sur une surface).

Car la Terre et l’espace sont des milieux très différents. « La microgravité est un environnement qui ressemble au corps humain pour les microbes. Cela a pour effet de les allumer, de les préparer pour l’infection. L’autre aspect, c’est le rayonnement cosmique galactique, qui traverse les bactéries et entraîne de larges brisures de leur ADN. Plus la coupure est large, plus la réparation est grande et plus il y a de possibilités de mutations » susceptibles de modifier le comportement d’un microbe. (Ces radiations seront encore plus intenses lors des missions lointaines.)

La chercheuse a obtenu des échantillons prélevés dans la SSI et les analyses ont révélé que le pouvoir pathogène des deux bactéries demeure équivalent, tout comme leur réponse aux antibiotiques. Toutefois, certains isolats avaient le pouvoir accru de former des biofilms. « On a aussi montré que B. contaminans produit un antifongique qui a un effet cytotoxique sur les lignées cellulaires humaines. » Bref, c’est à surveiller pour les dernières années de vie de la SSI, qui tirera sa révérence en 2024.

Cependant, la scientifique estime que la concentration de bactéries dans l’eau n’est pas une bonne façon de déterminer si elle est potable, bien que ce soit l’indice utilisé actuellement. « Il faut opérer un virage pour inclure dans la décision quels microbes sont présents. De plus, si un astronaute attrape un microbe muté là-haut et le rapporte sur Terre, quels sont les risques ? »

Emmanuel Gonzalez et ses collègues Nicholas Brereton et Frédéric Pitre ont retracé la présence, actuelle ou passée, d’une variété d’organismes dans la SSI. Un diagramme résume leurs trouvailles. Image: Aleksandra Nowicka/Bovihome

Halte aux moisissures

La Station spatiale internationale a déjà eu des problèmes de moisissures : dans un détecteur de fumée en 2001 ; dans le module Zaria en 2004, là où les astronautes faisaient sécher des vêtements ; dans le système de filtration de l’air en 2007. Les astronautes de la SSI nettoient donc régulièrement les surfaces à risque pour éviter d’avoir des troubles respiratoires. Car personne ne veut vivre ce par quoi la station russe Mir est passée… même si Nicole Buckley avoue que c’est une histoire assez fascinante pour la microbiologiste qu’elle est.

Tout a commencé à la fin des années 1990, alors que la station était en orbite terrestre depuis plus de 10 ans. « Mir avait connu des pannes de courant et cela s’est traduit par des problèmes de contrôle de l’humidité », raconte Mme Buckley.

Les Russes et les Américains ont donc voulu étudier la présence de microorganismes dans la station. En ouvrant un panneau d’alimentation rarement touché, les astronautes ont trouvé une masse d’eau flottante de la taille d’un ballon de basket. Ils en ont découvert deux autres derrière d’autres panneaux, bien au chaud. L’eau n’était jamais claire… plutôt brune ou blanchâtre. « C’était de parfaits petits microcosmes ! » dit Nicole Buckley.

Des prélèvements de ces boules inquiétantes ont mis au jour la présence de plusieurs champignons ainsi que des bactéries pathogènes E. coli, S. marcescens et d’une espèce du genre Legionella, selon les résultats publiés dans la revue savante Microbial Ecology quelques années plus tard. Les moisissures proliféraient également sur le tour des fenêtres. Il paraît que Mir sentait le sous-sol humide où l’on aurait laissé vieillir des pommes…

À l’Astrobiology Science Conference de 2019, une équipe allemande a par ailleurs montré que les spores d’une espèce d’Aspergillus, le genre le plus fréquent dans Mir et dans la SSI, peuvent survivre à un niveau de radiation 200 fois plus intense que celui pouvant tuer les humains. Cela signifie que l’espèce pourrait potentiellement coloniser les éventuels objets célestes visités, alors que le Traité de l’espace de 1966 stipule que les missions doivent se garder de contaminer le système solaire.

Après l’épisode exultant de la SSI, les chercheurs montréalais ont utilisé leur méthode ANCHOR dans le cadre d’études portant sur les communautés bactériennes présentes dans le compost, les eaux usées et le lait maternel ainsi que chez les patients atteints de fibromyalgie, du VIH et d’un cancer du côlon. Ils ont récemment obtenu des fonds de l’Agence spatiale canadienne pour étudier le microbiote intestinal des six participants à l’étude Mars500, achevée en 2011 après avoir simulé une mission spatiale de 520 jours. « Nous sommes contactés par de plus en plus de gens pour des collaborations, indique Emmanuel Gonzalez. Ce sont toujours des histoires passionnantes ! »

Illustration en ouverture: Dushan Milic

Bactéries mangeuses de SSI

Image: Shutterstock

Certains microorganismes risquent de mettre à mal la Station spatiale internationale elle-même. Ils peuvent causer la dégradation de certains polymères et métaux − même de l’acier inoxydable ! Des bactéries et champignons connus pour les ravages qu’ils causent à des matériaux sur Terre (les genres Methylobacterium, Sphingomonas, Bacillus, Penicillium et Aspergillus) ont été détectés dans la SSI, selon une étude américaine publiée en 2019 dans Microbiome. Leur comportement dans l’espace reste toutefois à documenter. À l’époque de la station Mir, la destruction progressive d’une fenêtre du module de descente a été attribuée principalement à trois coupables : Bacillus polymira, P. chrysogenum et une espèce du genre Aspergillus, d’après un article scientifique de 1999. Ce dernier soulignait l’importance de surveiller la biocorrosion dans les missions spatiales pour prévenir tout bris d’équipement.

Publicité

À lire aussi

Espace

Klondike spatial

À l’heure où les ressources s’épuisent sur Terre, des explorateurs se tournent vers l’espace. Leur ambition? Exploiter les richesses des astéroïdes et autres astres lointains.
Espace

Qu’est-ce que la planète 9?

Depuis 2014, l'existence d'une neuvième planète dans notre Système solaire est débattue par les astronomes. Comment prouver qu'elle existe?
Marine Corniou 04-06-2018
Espace

Une équipe sème le doute quant à la détection des ondes gravitationnelles

Une équipe sème le doute quant à la détection des ondes gravitationnelles. Daryl Haggard, de McGill, nous aide à y voir plus clair.