Videnskabsmand begynder at udvikle instrument til at finde udenjordiske bakterier

En NASA-videnskabsmand ønsker at skabe en planetarisk robot, der ville efterligne, hvad biologer gør hver dag i jordbaserede laboratorier:se gennem mikroskoper for visuelt at identificere mikrobielt liv, der lever i prøver.

Selvom det er meget tidligt i sin teknologiudvikling, konceptet ville tage NASA's jagt på udenjordisk liv til næste niveau ved faktisk at lede efter bakterier og arkæer i jord- og stenprøver. Indtil nu, NASAs rovere har båret værktøjer og instrumenter designet til at lede efter biosignaturer eller livstegn, der indikerer beboelighed, ikke selve livet, uanset hvor primitivt det er.

"Livet eksisterer overalt på jorden, selv på steder, der er uforenelige med mennesker, " sagde Melissa Floyd, en videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, der bruger Goddards interne forsknings- og udviklingsprogramfinansiering til at automatisere undersystemer til et laboratoriebredplade kaldet FISHBot. "Jeg havde denne idé, faktisk en stor antagelse fra min side:hvad nu hvis livet udviklede sig på Mars på samme måde som det gjorde her på Jorden? Sikkert, Mars blev bombarderet med den samme suppe af kemi som Jorden."

Det er ikke en stor antagelse at gøre, tilføjede hun. Nukleotider - de molekyler, der danner deoxyribonukleinsyre og ribonukleinsyre - er blevet fundet i kometer. Bedre kendt som DNA og RNA, disse molekyler lagrer og overfører genetisk information på cellulært niveau i alle levende organismer på Jorden.

Søg efter bakterier og arkæer

At finde liv på en anden planet, Floyds robotinstrument ville koncentrere sig om at identificere bakterier og arkæer, medlemmer af en stor gruppe enkeltcellede mikroorganismer, der trives i forskellige miljøer og menes at være de første organismer, der dukkede op på Jorden for omkring 4 milliarder år siden. På jorden, et gram jord indeholder typisk omkring 40 millioner bakterieceller og en milliliter ferskvand rummer normalt 1 million celler.

Hendes koncept, som hun mener kunne implementere som en selvstændig robot eller et af flere instrumenter på en rover, er afhængig af en meget brugt teknik kaldet fluorescerende in situ hybridisering - eller FISH - udviklet til at påvise og lokalisere tilstedeværelsen eller fraværet af RNA eller enkeltstrengede DNA-sekvenser på kromosomer. Disse trådagtige strukturer findes i kernerne i de fleste levende celler og bærer genetisk information i form af gener. Siden dens udvikling, FISH er blevet brugt til genetisk rådgivning, medicin og artsidentifikation.

Når det udføres i et laboratorium, FISK involverer, blandt andet, påføring af en prøve på et objektglas, fiksering af cellerne for at øge cellevæggen permeabilitet, tilføjelse af en nukleotid-"probe" - en kort sekvens på typisk 15 til 20 nukleotider sammen med et fluorescerende mærke for hurtigere identifikation - og opvarmning af prøven. Objektglasset placeres derefter under et mikroskop. Når nukleotidproben binder til et lignende nukleotid i prøven, det bogstaveligt talt fluorescerer eller lyser under et fluorescensmikroskop, hjælper forskere med at identificere organismen.

"Jeg prøver at afgøre, om jeg kan gøre det samme med en robot, " sagde Floyd, tilføjer, at hun ønsker, at systemet skal bære så mange som 10 prober for at identificere en bred vifte af enkeltcellede organismer. "Hvis der overhovedet er fragmenter af meget konserverede genetiske sekvenser, som vi ser i hvert hjørne af Jorden, FISH vil være værktøjet, der er i stand til at opdage det."

Automatiseringsudfordringen

Udfordringen, hun sagde, forenkler og automatiserer processen, så prøver kan fremstilles på individuelle objektglas, opvarmet, og automatisk roteret til visning under et mikroskop, som sandsynligvis ville skulle fokuseres mange gange for at se dybt inde i prøven. Med hendes finansiering, Floyd udvikler de automatiserede delsystemer, inklusive en fokuser.

"Idéen her er at erstatte med et robotsystem, hvad en videnskabsmand gør i laboratoriet, " sagde hun. "Jeg kan tage helt fejl" om, at liv slår rod på Mars eller et andet solsystemlegeme på samme måde, som det gjorde på Jorden. "Men hvordan ved vi det? Vi har aldrig kigget."