Um mehr über weltraumgeborene Mikroben zu erfahren, hat die NASA ein Programm namens Genes in Space-3 ins Leben gerufen - eine gemeinsame Anstrengung, die unbekannte Organismen vollständig aus dem Weltraum vorbereitet, sequenziert und identifiziert. Für diejenigen, die vielleicht denken, dass dies sehr nach dem Film klingt Leben - wo Astronauten einen außerirdischen Organismus auf der Internationalen Raumstation wiederbeleben und jeder stirbt! - Seien Sie versichert, dies ist nicht das Setup für einen Horrorfilm.
In Wahrheit handelt es sich um eine bahnbrechende Entwicklung, die auf den jüngsten Errungenschaften aufbaut, bei denen DNA erstmals von der NASA-Astronautin Kate Rubin an Bord der Internationalen Raumstation im Jahr 2016 synthetisiert wurde. Mit Blick auf die Zukunft wird das Programm Genes in Space-3 Astronauten an Bord der ISS ermöglichen Proben von Mikroben zu sammeln und intern zu untersuchen, anstatt sie zur Analyse zur Erde zurückschicken zu müssen.
Die vorherigen von Rubin durchgeführten Experimente, die Teil der Biomolecule Sequencer-Untersuchung waren, wollten zeigen, dass eine DNA-Sequenzierung in einem umlaufenden Raumschiff möglich ist. Die Gene in Space-3 wollen darauf aufbauen, indem sie einen DNA-Probenvorbereitungsprozess einrichten, der es ISS-Besatzungen ermöglicht, Mikroben zu identifizieren, die Gesundheit der Besatzung zu überwachen und bei der Suche nach DNA-basiertem Leben an anderer Stelle im Sonnensystem zu helfen.
Wie Sarah Wallace - eine NASA-Mikrobiologin und Principal Investigator (PI) des Projekts im Johnson Space Center - in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung sagte:
„Wir hatten Kontaminationen in Teilen der Station, in denen Pilze wuchsen oder Biomaterial aus einer verstopften Wasserlinie gezogen wurde, aber wir haben keine Ahnung, was es ist, bis die Probe wieder ins Labor gelangt. Auf der ISS können wir Desinfektionsmittel regelmäßig nachfüllen, aber wenn wir uns über die erdnahe Umlaufbahn hinausbewegen, in der die Fähigkeit zur Nachversorgung weniger häufig ist, wird es sehr wichtig zu wissen, was zu desinfizieren ist oder nicht. “
Dieses Projekt wurde in Partnerschaft vom Johnson Space Center der NASA und Boeing entwickelt (und vom ISS National Lab gesponsert) und vereint zwei zuvor im Weltraumflug getestete molekularbiologische Instrumente. Erstens gibt es miniPCR, ein Gerät, das gezielte DNA-Stücke in einem als Polymerase Chain Reaction (PCR) bekannten Prozess kopiert, um Tausende von Kopien zu erstellen.
Dieses Gerät wurde im Rahmen des von Studenten entworfenen Genes in Space-Wettbewerbs entwickelt und während des Genes in Space-1-Experiments erfolgreich an Bord der ISS getestet. In diesem von September bis März 2016 durchgeführten Experiment wurde versucht zu testen, ob die Veränderungen der DNA und die Schwächung des Immunsystems (die beide während der Raumfahrt auftreten) tatsächlich miteinander zusammenhängen.
Dieser Test wird diesen Sommer mit dem Experiment Genes in Space-2 fortgesetzt. Dieses Experiment läuft von April bis September und misst, wie sich die Raumfahrt auf Telomere auswirkt - die Schutzkappen auf unseren Chromosomen, die mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebserkrankungen verbunden sind.
Der MinION ist ein von Oxford Nanopore Technologies entwickeltes Handheld-Gerät. Diese Technologie kann DNA- und RNA-Sequenzen analysieren und ermöglicht eine schnelle Analyse, die auch portabel und skalierbar ist. Es wurde bereits hier auf der Erde eingesetzt und wurde im Rahmen der Biomolecule Sequencer-Untersuchung Anfang dieses Jahres erfolgreich an Bord der ISS getestet.
In Kombination mit einigen zusätzlichen Enzymen zum Nachweis der DNA-Amplifikation können Astronauten mit dem Experiment Gene in Space-3 das Labor zu den Mikroorganismen bringen und nicht umgekehrt. Dies wird aus Besatzungsmitgliedern bestehen, die Proben aus der Raumstation sammeln und sie dann an Bord des umlaufenden Labors kultivieren. Die Proben werden dann für die Sequenzierung mit dem miniPCR vorbereitet und mit dem MinION sequenziert und identifiziert.
Wie Sarah Stahl, Mikrobiologin und Projektwissenschaftlerin, erklärte, können die Besatzungen auf diese Weise die Ausbreitung von Infektionskrankheiten und Bakterien bekämpfen. "Die ISS ist sehr sauber", sagte sie. „Wir finden viele mit dem Menschen assoziierte Mikroorganismen - viele häufig vorkommende Bakterien wie Staphylococcus und Bazillus und verschiedene Arten von bekannten Pilzen wie Aspergillus und Penicillium.”
Das Experiment ermöglicht nicht nur die Diagnose von Krankheiten und Infektionen in Echtzeit, sondern ermöglicht auch neue und aufregende Forschungsarbeiten an Bord der ISS. Dies könnte die Identifizierung von DNA-basiertem Leben auf anderen Planeten umfassen, deren Proben über eine Sonde zur ISS zurückgeführt würden. Wenn und Henne-Mikroben im Weltraum herumschweben, können sie zur schnellen Analyse an die ISS zurückgeschickt werden.
Ein weiterer Vorteil des Programms wird darin bestehen, dass Wissenschaftler auf der Erde in Echtzeit auf die an Bord der ISS durchgeführten Experimente zugreifen können. Wissenschaftler hier auf der Erde werden auch von den eingesetzten Werkzeugen profitieren, mit denen sich Viren kostengünstig und effektiv diagnostizieren lassen, insbesondere in Teilen der Welt, in denen der Zugang zu einem Labor nicht möglich ist.
Erneut bietet die Entwicklung von Systemen und Werkzeugen für den Einsatz im Weltraum - eine Umgebung, die für erdbasierte Technologien normalerweise nicht geeignet ist - Anwendungen, die weit über die Raumfahrt hinausgehen. Und in den kommenden Jahren könnte die ISS-basierte Genforschung bei der laufenden Suche nach außerirdischem Leben helfen und neue Einblicke in Theorien wie Panspermie (d. H. Den Kosmos, der von Kometen, Asteroiden und Planetoiden mit Leben gesät wird) liefern.
Genießen Sie dieses Video mit dem Titel "Cosmic Carpool" mit freundlicher Genehmigung des Johnson Space Center der NASA:
