Tilbage til (nukleiske) baser - Studerer DNA ombord på den internationale rumstation

Hvad gør astronauter, mikrober, og planter har alle tilfælles? Hver af dem er afhængig af deoxyribonukleinsyre (DNA) - i det væsentlige en computerkode for levende ting - for at vokse og trives.

At studere DNA i rummet kunne føre til en bedre forståelse af mikrotyngdekraftens indvirkning på levende organismer og kunne også tilbyde måder at identificere ukendte mikrober i rumfartøjer, mennesker og de steder i det dybe rum, vi søger at besøge. Den mikroskopiske størrelse af DNA, imidlertid, kan skabe nogle store udfordringer for at studere det ombord på den internationale rumstation.

Det meste jordbaserede molekylære forskningsudstyr er stort i størrelse og kræver betydelige mængder strøm for at køre. Det er to karakteristika, der kan være svære at understøtte ombord på det kredsende laboratorium, så tidligere forskningsprøver, der krævede DNA-amplifikation og sekventering, måtte opbevares i rummet, indtil de kunne sendes tilbage til Jorden ombord på et lastrumfartøj, øger den tid, der kræves for at opnå resultater.

Imidlertid, alt dette har ændret sig på få år, da NASA har arbejdet på at finde nye løsninger til hurtige molekylære tests ombord på rumstationen.

"Vi har brug for at få maskiner til at være kompakte, transportabel, robust, og uafhængig af megen strømproduktion for at muliggøre mere adræt test i rummet, " NASA-astronaut og molekylærbiolog Kate Rubins sagde i et 2016-downlink med National Institutes of Health.

Resultatet? En avanceret suite af bordplade- og håndfladeværktøjer inklusive MinION, miniPCR, og Wet-Lab-2, og flere værktøjer og processer i horisonten.

Rumbaseret DNA-test tog fart i 2016 med Biomolecule Sequencer. Består af MinION sequencer og en Surface Pro 3 tablet til analyse, værktøjet blev brugt til at sekventere DNA i rummet for første gang med Rubins ved roret.

I 2017 det værktøj blev brugt igen til Genes in Space-3, da NASA-astronaut Peggy Whitson indsamlede og testede prøver af mikrobiel vækst fra hele stationen. Sammen med MinION, astronauter testede også miniPCR, en termisk cycler, der bruges til at udføre polymerasekædereaktionen. Sammen gav disse platforme identifikationen af ​​ukendte stationsmikrober for første gang fra rummet.

Dette år, disse testkapaciteter blev oversat til en endnu stærkere portefølje af DNA-fokuseret forskning til det kredsende laboratoriums hurtige videnskabelige tidsplan. For eksempel, miniPCR bliver brugt til at teste svækkede immunsystemer og DNA-ændringer som en del af en elevdesignet undersøgelse kendt som Genes in Space-5. Undersøgelsen håber at afsløre mere om astronauternes sundhed og potentielle stressrelaterede ændringer af DNA skabt af rumflyvning. Derudover WetLab-2-faciliteten er en suite af værktøjer ombord på stationen designet til at behandle biologiske prøver til genekspressionsanalyse i realtid. Flere værktøjer til at udfylde de komplette muligheder for molekylære undersøgelser på det kredsende laboratorium er på vej til rummet snart.

"Mini-revolutionen er begyndt, " sagde Sarah Wallace, NASA's hovedefterforsker for den kommende undersøgelse af Biomolecule Extraction and Sequencing Technology (BEST). "Disse er meget små, effektive værktøjer. Vi har et veludstyret molekylært laboratorium på stationen og enheder, der er ideel størrelse til rumflyvning."

BEST vil sammenligne swab-to-sequencer-test af ukendte mikrober ombord på rumstationen med nuværende kultur-baserede metoder.

"Vi ser ændringer i genekspression som reaktion på rumflyvning for alle levende ting, hvor vi har ledt efter det, " sagde Wallace. "At studere disse ændringer er afgørende for at forstå tilpasninger til rumflyvning og giver også potentialet til at opdage nye reaktioner, der kan resultere i alternative sundhedsbehandlinger på Jorden."

Mens forsyning og jordstøtte er tilgængelig for astronauter ombord på rumstationen, missioner ud over lavt kredsløb om Jorden vil kræve, at besætningerne stoler på disse nye, pladsbesparende teknologier til at spore deres helbred over tid og til at overvåge potentielle sundhedsrisici, der lever sammen med dem. Hurtig, pålidelige sekventerings- og identifikationsprocesser kunne holde opdagelsesrejsende mere sikre på missioner i det dybe rum. På jorden, disse teknologier kan gøre genetisk forskning mere tilgængelig, overkommelig og mobil.