Une équipe d’étudiants de l’Université de Toronto se prépare à voir ses recherches décoller la semaine prochaine.
Ils font partie des six équipes universitaires de tout le Canada sélectionnées pour mener une étude dans un environnement de microgravité à bord du Jet Falcon 20 du Conseil national de recherches Canada (CNRC) – le même avion utilisé pour former les astronautes de l’Agence spatiale canadienne.
En tant que membre de Défi canadien de conception d’expériences de gravité réduite (CAN-RGX), l’équipe – appelée TelOmG – a passé l’année dernière à concevoir et à construire une expérience unique pour examiner l’impact des vols spatiaux sur les gènes des astronautes.
L’astronaute David Saint-Jacques de l’Agence spatiale canadienne prend des photos de la Terre depuis l’intérieur de la « fenêtre sur le monde » de la Station spatiale internationale, la coupole à sept fenêtres. Crédit image : NASA
Pendant le vol, les étudiants étudieront les effets des changements de gravité sur la régulation génétique des télomères humains. Les télomères sont des capuchons protecteurs aux extrémités de nos chromosomes qui sont liés à la stabilité génomique. Le raccourcissement des télomères est associé au vieillissement, tandis que l’allongement peut être associé au cancer.
L’idée de l’expérience est venue au chef d’équipe Erin Richardson, étudiante en quatrième année de sciences de l’ingénieur à la Faculté des sciences appliquées et de l’ingénierie, en lisant L’étude historique de la NASA sur les jumeaux, une enquête sur les effets des vols spatiaux sur le corps humain. L’étude s’est concentrée sur l’astronaute américain Scott Kelly, qui a passé près d’un an dans l’espace, et son frère jumeau Mark qui est resté lié à la Terre, et a découvert que les télomères de Scott s’allongeaient de manière inattendue pendant son vol spatial. Ils sont revenus à la normale peu de temps après son retour sur Terre. En revanche, les télomères de son jumeau sont restés stables au cours de la même période.
« Notre expérience cherche à savoir si cette augmentation de la longueur des télomères était due à une gravité réduite ou à un autre facteur, tel qu’une augmentation du rayonnement ou du stress pendant le vol spatial », explique Richardson.
Le vol de manœuvres paraboliques sur le Falcon 20 du CNRC permettra à l’équipe d’isoler la microgravité des autres facteurs présents sur la Station spatiale internationale. Cependant, alors que Kelly a passé des mois dans l’espace, l’expérience ne subira que cinq périodes de 20 secondes de microgravité.
Les étudiants ont dû trouver un moyen de tester si les télomères sont affectés par la microgravité en moins de 20 secondes. « La longueur des télomères ne changera pas aussi vite », déclare Richardson. « La clé était de se concentrer sur la transcription des gènes qui les contrôlent. Des études antérieures ont montré que les transcriptomes changeaient de manière significative dans les 20 secondes suivant la gravité modifiée.
Richardson a recruté d’autres étudiants des spécialisations en sciences de l’ingénieur en systèmes aérospatiaux et biomédicaux ainsi qu’en sciences de la vie. En plus de Piro, l’équipe comprend : MacKenzie Campbell, diplômé en sciences de l’ingénieur et étudiant à la maîtrise en génie chimique ; Dunja Matic et Taylor Peters, tous deux en quatrième année de sciences de l’ingénieur ; Emma Belhadfa et Luca Castelletto en troisième année de sciences de l’ingénieur ; étudiant en troisième année des sciences de la vie, Miranda Badovinac; et les élèves de 12e année Samantha Aberdein, Krish Joshi et Nicole Richardson.
Les membres de l’équipe d’ingénierie aérospatiale se sont concentrés sur la conception et la construction de l’appareil physique, tandis que les étudiants en systèmes biomédicaux et en sciences de la vie ont conçu et testé les méthodes scientifiques de l’expérience.
« L’une des belles choses qui se produisent lorsque vous réunissez des personnes d’horizons si différents, c’est l’ingéniosité dans les questions qu’elles se posent », déclare Rodrigo Fernández-Gonzalez, professeur agrégé à l’Institut de génie biomédical et titulaire d’une chaire de spécialisation en systèmes biomédicaux en sciences de l’ingénieur. « Ces questions remettent souvent en question les dogmes et les hypothèses et peuvent finalement conduire à des découvertes étonnantes. »
Pour tester leur hypothèse selon laquelle la microgravité contribue aux changements dans la transcription des gènes liés aux télomères, les élèves vont « geler les cellules dans le temps » en préservant leurs acides nucléiques avant et après chaque courte période de microgravité. Ils analyseront les acides nucléiques après le vol pour les changements dans les niveaux d’expression des gènes qui régulent les télomères.
L’appareil de l’expérience se compose d’une seringue remplie d’une solution de stabilisation et reliée à une série de chambres contenant des cellules vivantes. Le système de contrôle électronique injectera la solution dans la chambre appropriée lorsqu’il sera déclenché manuellement par les étudiants à bord du vol juste avant et après chaque période de microgravité. Certains échantillons sont congelés avant toute période d’hypergravité ou de microgravité pour contrôler les conditions environnementales à bord du jet.
Le système d’injection TelOmG. Crédit image : TelOmG
L’ensemble de l’expérience devait tenir dans un cube de 50 centimètres et ne pas peser plus de 45 kilogrammes, entre autres contraintes. « Les petites choses que vous ne considéreriez pas normalement sont beaucoup plus difficiles en microgravité », explique Castello, le responsable mécanique de l’équipe.
« Par exemple, nous avons dû nous assurer que tout est absolument étanche et sécurisé afin qu’il n’y ait aucun risque que de petits composants ou du liquide flottent dans la cabine de l’avion. Comme nous avons affaire à des cellules, nous avons dû créer un système stérile tout en minimisant les bulles qui pourraient interférer avec nos voies fluides. »
L’équipe TelOmG a présenté sa proposition à la Johnson Space Center Astronomical Society en juin et a été invitée à partager ses découvertes au Congrès international d’astronautique à Dubaï en octobre.
Mener des recherches pendant une pandémie présentait des défis supplémentaires. L’accès aux laboratoires humides et à la formation sur la sécurité en laboratoire était restreint. « Nous avons été époustouflés par le soutien que nous avons reçu des professeurs, des chercheurs et des entreprises privées pendant cette période », a déclaré Belhadfa. « Ils nous ont aidés à obtenir ce dont nous avions besoin lorsque les restrictions de santé publique ont créé des obstacles. »
Les membres de l’équipe ont également dû travailler sur des composants de manière isolée pendant plusieurs mois. « Normalement, lorsque nous travaillons en équipe et que quelque chose ne va pas lors des tests d’équipement, nous rigolons bien ensemble », explique Castelletto. « C’est beaucoup moins drôle quand on est tout seul chez soi. »
Planifier et tester une expérience complexe du début à la fin a été une expérience révélatrice pour l’équipe. « De nos expériences dans les cours de design comme Praxis, nous savions que les choses ne se passeraient pas comme prévu », dit Campbell. « Nous avons vraiment appris à avoir une vision large du projet et à nous appuyer sur nos compétences en gestion de projet. »
La source: Université de Toronto
