La astronauta de la NASA Christina Koch trabaja en la investigación Genes in Space-6, que desarrolló un sistema para generar y reparar roturas de ADN de doble hebra en una levadura y secuenciar el ADN para determinar si la reparación restauró su orden original o cometió errores. Crédito:NASA
Estudiar la reparación del ADN es clave para la exploración espacial futura, que podría exponer a los seres humanos al riesgo de daños en el ADN provocados por la radiación. Las condiciones en el espacio también podrían afectar la forma en que la carrocería repara tales daños, potencialmente agravando ese riesgo.
Gracias al trabajo de cuatro alumnos, un equipo de investigadores, y el primer uso en el espacio de la técnica de edición del genoma CRISPR, una investigación reciente a bordo de la Estación Espacial Internacional generó con éxito roturas en el ADN de una levadura común, dirigido el método de reparación, y secuenció el ADN parcheado para determinar si se restauró su orden original. Los investigadores de Genes in Space-6 informaron de esta primera finalización de todo el proceso en el espacio en un artículo publicado en MÁS UNO .
Estos resultados amplían significativamente el conjunto de herramientas de biología molecular de la estación espacial, permitiendo estudios de reparación del ADN y una variedad de otras investigaciones biológicas en microgravedad.
El cuerpo repara las roturas de doble hebra en el ADN, la separación de las dos hebras entrelazadas de la doble hélice, una de las dos formas principales. En un método, se pueden agregar o eliminar bases. El otro método reúne las hebras sin cambiar la secuencia de ADN. Las preocupaciones técnicas y de seguridad habían impedido el estudio de estos procesos de reparación a bordo de la estación espacial hasta ahora.
Genes in Space-6 fue una creación de cuatro estudiantes de Minnesota:Aarthi Vijayakumar, Michelle Sung, Rebecca Li, y David Li. Obtuvieron la oportunidad de participar en esta investigación como parte del programa Genes in Space, un concurso nacional que desafía a los estudiantes de los grados 7 al 12 a diseñar experimentos de análisis de ADN utilizando el Laboratorio Nacional de EE. UU. de la ISS y las herramientas a bordo de la estación. El equipo también es coautor del documento de resultados.
Para generar roturas de ADN en ubicaciones específicas, el equipo utilizó una técnica de edición del genoma llamada CRISPR, que significa repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas. Estos son cortos, secuencias repetidas de ADN en bacterias con secuencias de ADN viral entre ellas. Las bacterias transcriben las secuencias de ADN viral a ARN, que luego guía una proteína específica al ADN viral y lo corta. Los científicos aprovecharon esta respuesta inmune natural para crear la técnica.
El astronauta de la Agencia Espacial Canadiense (CSA), David Saint-Jacques, se muestra durante la configuración para el análisis de la investigación Genes in Space-6. Crédito:NASA
Al usar CRISPR, los investigadores pueden crear rupturas controladas con precisión en una ubicación conocida del genoma, eliminando posibles riesgos de daño aleatorio. Eso sentó las bases para permitir que la reparación del ADN ocurriera en el espacio, brindando la oportunidad de conocer mejor el tipo de mecanismo de reparación utilizado.
"Comprender si un tipo de reparación es menos propenso a errores tiene implicaciones importantes, "dice Sarah Wallace, microbiólogo de la División de Investigación Biomédica y Ciencias Ambientales del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. "¿Podría desarrollarse un tratamiento para fomentar una vía sobre la otra, ¿O necesitamos más protección contra la radiación? ¿o ambos? Es importante obtener este conocimiento para ayudar a asegurar que estamos protegiendo a la tripulación y ayudándoles a recuperarse de la mejor manera posible ".
Realizar todo el proceso en el espacio, en lugar de provocar una ruptura, congelar la muestra y enviarla al espacio para su reparación:permite determinar los efectos de las condiciones de los vuelos espaciales, y solo condiciones de vuelo espacial, en el proceso.
Genes in Space y otras investigaciones relacionadas con el ADN en la estación espacial también han producido avances en el hardware necesario. Las herramientas de la Tierra no se prestan necesariamente a los vuelos espaciales, dice Sarah Rommel, autor principal del artículo e investigador del Laboratorio de Microbiología de Johnson. "No podemos tomar exactamente lo que tenemos en la Tierra y simplemente ponerlo en el espacio, porque tenemos que mantener seguros a la tripulación y todos los sistemas de vida ambiental a bordo. Por ejemplo, hicimos nuestros propios kits personalizados para todo el proceso, buscando cómo usar la menor cantidad de los materiales más seguros y aún así obtener la mejor ciencia ".
"Si bien se necesita más trabajo para comprender las preferencias potenciales hacia los procesos de reparación del ADN utilizados en el espacio, este trabajo demostró la sofisticación de lo que se puede hacer con las herramientas moleculares a bordo, "añade Wallace." Tener un laboratorio molecular completo en el espacio va a hacer explotar lo que podemos hacer allí, incluyendo investigaciones más complejas como esta obra CRISPR. También estamos estudiando cómo implementar estos métodos en otros entornos, como habitaciones de hospital. La capacidad de generar datos casi en tiempo real podría proporcionar un gran beneficio para hacer frente a la crisis de resistencia a los antimicrobianos y en entornos con recursos limitados ".
Con los resultados confirmando que los investigadores ahora pueden editar con precisión un gen en el espacio, Rommel y Wallace esperan que otros investigadores comiencen a utilizar esta herramienta. "Validamos que no es demasiado complicado de hacer en el espacio, "Dice Rommel." Funcionó como estaba previsto, e hizo lo que se suponía que debía hacer ".
