Ученые из НАСА впервые секвенировали ДНК в космосе
Секвенирование – это молекулярный эквивалент отпечатка пальца каждого человека. Сам процесс включает в себя определение нуклеотидной последовательности молекулы ДНК. До сих пор на МКС возникали трудности с окончательным определением диагноза у космонавтов или с выявлением микробов в окружающей среде.
До запуска этого проекта все образцы приходилось отправлять обратно на Землю для секвенирования и выявления. Это связано с тем, что все существующие техники секвенирования зависят от гравитации.
Нуклеотиды содержат белки различного веса. Порядок нуклеотидов определяется посредством измерения различной скорости передвижения нуклеотидов в субстрате. Это не является возможным в условиях микрогравитации. Портативное устройство MinION для секвенирования изменило положение вещей.
Устройство было разработано компанией Oxford Nanopore Technologies в 2014 году. MinION весит всего лишь 120 граммов и работает за счет использования электролиза, выталкивая цепь ДНК через нанопоры в устройстве. Анализируя текущие изменения, ученые могут определить, какие поры блокированы молекулами ДНК, а также получить конкретную последовательность ДНК.
Возможной проблемой может стать образование пузырьков воздуха в жидкости. В условиях гравитации пузырьки поднимаются на поверхность, и их легко можно удалить при помощи центрифугирования, однако в микрогравитации, их поведение может быть непредсказуемым. Главным опасением ученых является то, что эти пузырьки будут блокировать нанопоры вместо ДНК и давать ложные результаты.
Дабы избежать подобное, весь процесс секвенирования был протестирован на особой площадке НАСА Extreme Environment Mission Operation, исследовательском центре, расположенном под водой в 60 футах от побережья Флориды. Испытания прошли удачно, и только после этого опыт провели и в космосе.
На борту МКС эксперимент проводился под руководством космонавта Кэтлин Рубинс, бакалавра наук в области молекулярной биологии и доктора наук в области биологии рака. Она секвенировала ДНК мышей, вирусов и бактерий в космосе при помощи MinION, в то время как другие исследователи определяли последовательность похожих образцов на Земле. После сравнения результатов было доказано, что эксперимент, направленный на секвенирование биомолекул в космосе в условиях микрогравитации, был успешным.
Благодаря возможности секвенирования в космосе, меньше времени будет затрачено на исследования изменений генетического материала или экспрессии гена прямо на орбите; или на выявление новых образцов в режиме реального времени и вычисление их похожести на геном человека. Это поможет лучше понимать природу некоторых организмов на МКС: условия их выращивания, пределы роста, пагубное воздействие на здоровье космонавтов. Вместо того чтобы строить догадки, космонавты, пользуясь этой информацией, будут принимать верные решения в их исследованиях.
В конечном счете ученые надеются, что данная техника приблизит нас к ответу на древний вопрос: «Как возникла жизнь на Земле?».