Aby dowiedzieć się więcej o mikrobach urodzonych w kosmosie, NASA zainicjowała program znany jako Genes in Space-3 - wspólny wysiłek, który przygotuje, zsekwencjonuje i zidentyfikuje nieznane organizmy, całkowicie z kosmosu. Dla tych, którzy mogą myśleć, że to brzmi jak film Życie - gdzie astronauci ożywają obcy organizm na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i wszyscy umierają! - zapewniam, że to nie jest konfiguracja do niektórych horrorów.
W rzeczywistości reprezentuje przełomowy rozwój, który opiera się na ostatnich osiągnięciach, w których DNA został po raz pierwszy zsyntetyzowany przez astronautę NASA, Kate Rubin na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w 2016 roku. Patrząc w przyszłość, program Genes in Space-3 pozwoli astronautom na pokładzie ISS aby zbierać próbki drobnoustrojów i badać je wewnętrznie, zamiast wysyłać je z powrotem na Ziemię w celu analizy.
Poprzednie eksperymenty przeprowadzone przez Rubina - które były częścią badania Sekwencera Biomolekuł - miały na celu wykazanie, że sekwencjonowanie DNA jest możliwe na orbitującym statku kosmicznym. Geny w kosmosie 3 starają się na tym polegać, ustanawiając proces przygotowania próbki DNA, który pozwoliłby załogom ISS identyfikować drobnoustroje, monitorować zdrowie załogi i pomagać w poszukiwaniu życia opartego na DNA gdzie indziej w Układzie Słonecznym.
Jak powiedziała Sarah Wallace - mikrobiolog z NASA i główny badacz projektu (PI) w Johnson Space Center - w najnowszym komunikacie prasowym:
„Mieliśmy zanieczyszczenie w częściach stacji, gdzie rosły grzyby lub biomateriał został wyciągnięty z zatkanej linii wodnej, ale nie mamy pojęcia, co to jest, dopóki próbka nie wróci do laboratorium. Na ISS możemy regularnie uzupełniać środki dezynfekujące, ale gdy wychodzimy poza orbitę nisko-ziemską, gdzie zdolność do uzupełniania zapasów jest rzadsza, wiedza o tym, co należy dezynfekować lub nie, staje się bardzo ważna. ”
Projekt ten, opracowany we współpracy z NASA Johnson Space Center i Boeing (i sponsorowany przez ISS National Lab), łączy dwa wcześniej przetestowane w kosmosie narzędzia biologii molekularnej. Po pierwsze, istnieje miniPCR, urządzenie, które kopiuje ukierunkowane fragmenty DNA w procesie znanym jako reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) w celu utworzenia tysięcy kopii.
To urządzenie zostało opracowane w ramach konkursu Genes in Space zaprojektowanego przez studenta i zostało pomyślnie przetestowane na pokładzie ISS podczas eksperymentu Genes in Space-1. Ten eksperyment, trwający od września do marca 2016 r., Miał na celu sprawdzenie, czy zmiany w DNA i osłabienie układu odpornościowego (oba zachodzą podczas lotów kosmicznych) są faktycznie powiązane.
Ten test będzie kontynuowany tego lata z eksperymentem Genes in Space-2. Eksperyment ten, trwający od kwietnia do września, zmierzy wpływ lotów kosmicznych na telomery - ochronne czapki na naszych chromosomach, które są związane z chorobami układu krążenia i nowotworami.
Tymczasem MinION to przenośne urządzenie opracowane przez Oxford Nanopore Technologies. Technologia ta, umożliwiająca analizowanie sekwencji DNA i RNA, umożliwia szybką analizę, która jest również przenośna i skalowalna. Został już użyty tutaj na Ziemi i został pomyślnie przetestowany na pokładzie ISS w ramach dochodzenia Sekwensera Biomolekuł na początku tego roku.
W połączeniu z dodatkowymi enzymami demonstrującymi amplifikację DNA eksperyment Genes in Space-3 pozwoli astronautom przenieść laboratorium do mikroorganizmów, a nie odwrotnie. Będzie to polegało na zebraniu przez członków załogi próbek ze stacji kosmicznej, a następnie hodowaniu ich na pokładzie orbitującego laboratorium. Próbki zostaną następnie przygotowane do sekwencjonowania za pomocą miniPCR oraz zsekwencjonowane i zidentyfikowane za pomocą MinION.
Jak wyjaśniła Sarah Stahl, mikrobiolog i naukowiec projektu, pozwoli to załogom zwalczyć rozprzestrzenianie się chorób zakaźnych i bakterii. „ISS jest bardzo czysty”, powiedziała. „Znajdujemy wiele mikroorganizmów związanych z człowiekiem - wiele pospolitych bakterii, takich jak Staphylococcus i Bakcyl i różne rodzaje znanych grzybów, takich jak Aspergillus i Penicylium.”
Oprócz możliwości diagnozowania chorób i infekcji w czasie rzeczywistym, eksperyment pozwoli na nowe i ekscytujące badania na pokładzie ISS. Może to obejmować identyfikację życia opartego na DNA na innych planetach, których próbki zostaną zwrócone do ISS za pomocą sondy. Ponadto, jeśli drobnoustroje i kury zostaną znalezione w kosmosie, mogą zostać zwrócone do ISS w celu szybkiej analizy.
Kolejną korzyścią z programu będzie to, że naukowcy z Ziemi będą mogli uzyskać dostęp do eksperymentów przeprowadzanych na pokładzie ISS w czasie rzeczywistym. A naukowcy na Ziemi skorzystają również z zastosowanych narzędzi, które pozwolą na tanie i skuteczne sposoby diagnozowania wirusów, szczególnie w częściach świata, w których dostęp do laboratorium nie jest możliwy.
Po raz kolejny rozwój systemów i narzędzi do wykorzystania w kosmosie - środowisku, które zwykle nie sprzyja technologiom ziemskim - oferuje aplikacje, które wykraczają daleko poza podróże kosmiczne. A w nadchodzących latach badania genetyczne oparte na ISS mogłyby pomóc w ciągłym poszukiwaniu życia pozaziemskiego, a także zapewnić nowy wgląd w teorie takie jak panspermia (tj. Kosmos nasycony życiem przez komety, asteroidy i planetoidy).
Obejrzyj film „Cosmic Carpool”, udostępniony dzięki uprzejmości NASA Johnson Space Center:
