Studerer DNA-brud for at beskytte fremtidige rumrejsende

Jordens atmosfære skærmer livet på jorden mod kosmisk stråling, der kan beskadige DNA. Astronauter i rummet har ingen sådan beskyttelse, og det bringer dem i fare. En undersøgelse af den internationale rumstation undersøger DNA-skader og reparation i rummet for at hjælpe med at beskytte rumrejsendes helbred på lang sigt.

En organisme bærer al sin genetiske information i sin deoxyribonukleinsyre eller DNA. Denne plan for livet har form af specifikke sekvenser af nitrogenbaser:adenin, cytosin, guanin, og thymin, repræsenteret ved bogstaverne A, C, G og T.

En type DNA-skade er dobbeltstrengsbrud, i det væsentlige et snit på tværs af begge DNA-strenge. Celler reparerer disse brud næsten øjeblikkeligt, men kan lave fejl, indsætte eller slette DNA-baser og skabe mutationer. Disse mutationer kan resultere i sygdomme som kræft. Gener i Space-6 ser på den specifikke mekanisme, celler bruger til at reparere dobbeltstrengsbrud i rummet.

Undersøgelsen tager celler af gæren Saccharomyces cerevisiae til rumstationen, hvor astronauter forårsager en bestemt type skade på dets DNA ved hjælp af et genomredigeringsværktøj kendt som CRISPR-Cas9. Astronauterne tillader cellerne at reparere denne skade, lav derefter mange kopier af den reparerede sektion ved hjælp af en proces kaldet polymerasekædereaktion (PCR) med en indbygget enhed, miniPCR. En anden enhed, MinION, bruges derefter til at sekventere den reparerede del af DNA i disse kopier. Sekvensering viser den nøjagtige rækkefølge af baserne, afsløre, om reparationen genoprettede DNA'et til dets oprindelige rækkefølge eller lavede fejl.

Undersøgelsen repræsenterer en række førstepunkter, inklusive den første brug af CRISPR-Cas9 genetisk redigering på rumstationen og første gang, forskere evaluerer hele skade- og reparationsprocessen i rummet.

"Skaden sker faktisk på rumstationen, og analysen sker også i rummet, " sagde en af ​​efterforskerne fra miniPCR Bio, Emily Gleason. "Vi ønsker at forstå, om DNA-reparationsmetoder er anderledes i rummet end på Jorden."

Denne undersøgelse er en del af programmet Genes in Space. Grundlagt af miniPCR og Boeing, programmet udfordrer eleverne til at komme med DNA-eksperimenter i rummet, der involverer brug af PCR-teknikken og miniPCR-enheden på stationen. Studerende indsender ideer online, og programmet vælger fem finalister. Disse finalister er parret med en mentorforsker, der hjælper dem med at omdanne deres idé til en præsentation til ISS Research and Development Conference. Et panel af dommere udvælger et foreslået eksperiment til at flyve til rumstationen.

"Vi vil inspirere eleverne til at tænke som videnskabsmænd og give dem mulighed for en autentisk videnskabelig oplevelse, der ikke koster dem noget, " siger Gleason. Mere end 550 elevhold indsendte ideer sidste år. Genes in Space-6-undersøgelsesstuderendes team inkluderer Michelle Sung, Rebecca Li, og Aarthi Vijayakumar på Mounds View High School i Arden Hills, Minnesota, og David Li, nu førsteårsstuderende ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge, Massachusetts. Deres mentor er Kutay Deniz Atabay ved MIT.

Andre efterforskere omfatter Sarah E. Stahl og Sarah Wallace med NASAs Johnson Space Center Microbiology-gruppe i Houston; G. Guy Bushkin, Whitehead Institut for Biomedicinsk Forskning, Cambridge; Melissa L. Boyer, Teresa K. Tan, Kevin D. Foley, og D. Scott Copeland hos Boeing; og Ezequiel Alvarez Saavedra, Gleason, og Sebastian Kraves hos Amplyus LLC, i Cambridge. Amplyus er moderselskab for miniPCR Bio.

"En ting, undersøgelsen vil fortælle os, er ja, vi kan gøre disse ting i rummet, " sagde Gleason. "Vi forventer at se gæren bruge den fejlfrie reparationsmetode oftere, hvilket er, hvad vi ser på Jorden; men vi ved ikke med sikkerhed, om det bliver det samme eller ej. Ultimativt, vi kan bruge denne viden til at hjælpe med at beskytte astronauter mod DNA-skader forårsaget af kosmisk stråling på lange rejser og til at muliggøre genomredigering i rummet."

De procedurer, der anvendes i denne undersøgelse, kan også have applikationer til at beskytte mennesker mod stråling og andre farer på fjerntliggende og barske steder på Jorden.