Sarah Wallace (izq.), Microbiólogo de la NASA e investigador principal de Genes in Space-3, y Sarah Stahl (derecha), microbiólogo, se ven en su laboratorio del Centro Espacial Johnson con la muestra en vuelo de la investigación Genes in Space-3. Crédito:Rachel Barry
Ser capaz de identificar microbios en tiempo real a bordo de la Estación Espacial Internacional, sin tener que enviarlos de regreso a la Tierra para su identificación primero, sería revolucionario para el mundo de la microbiología y la exploración espacial. El equipo de Genes in Space-3 convirtió esa posibilidad en una realidad este año, cuando completó el primer proceso de muestra a secuencia completamente a bordo de la estación espacial. Los resultados de su investigación se publicaron en Informes científicos .
La capacidad de identificar microbios en el espacio podría ayudar en la capacidad de diagnosticar y tratar las dolencias de los astronautas en tiempo real. además de ayudar en la identificación de vida basada en ADN en otros planetas. También podría beneficiar a otros experimentos a bordo del laboratorio en órbita. La identificación de microbios implica aislar el ADN de las muestras, y luego amplificar, o hacer muchas copias, de ese ADN que luego se puede secuenciar, o identificado.
La investigación se dividió en dos partes:la recolección de las muestras microbianas y la amplificación por reacción en cadena de la polimerasa (PCR), luego secuenciación e identificación de los microbios. La astronauta de la NASA Peggy Whitson realizó el experimento a bordo del laboratorio en órbita, con la microbióloga de la NASA y la investigadora principal del proyecto, Sarah Wallace, y su equipo observándola y guiándola desde Houston.
Como parte del monitoreo microbiano regular, Se tocaron placas de Petri en varias superficies de la estación espacial. Trabajando dentro de Microgravity Science Glovebox (MSG) aproximadamente una semana después, Whitson transfirió células de colonias bacterianas en crecimiento en esas placas a tubos de ensayo en miniatura, algo que nunca antes se había hecho en el espacio.
Una vez que las células se recolectaron con éxito, era hora de aislar el ADN y prepararlo para la secuenciación, permitiendo la identificación de los organismos desconocidos, otra novedad de la microbiología espacial. Un evento meteorológico histórico, aunque, amenazó la capacidad del equipo de tierra para guiar el progreso del experimento.
"Comenzamos a escuchar los informes del huracán Harvey la semana entre que Peggy realizó la primera parte de la recolección de la muestra y se preparó para la secuenciación real, "dijo Wallace.
Cuando JSC se volvió inaccesible debido a las peligrosas condiciones de la carretera y al aumento de las aguas de las inundaciones, el equipo del Centro de Integración de Operaciones de Carga Útil del Marshall Space Flight Center en Huntsville, Alabama, que sirven como "Control de misión" para toda la investigación de la estación, trabajó para conectar Wallace con Whitson usando el teléfono celular personal de Wallace.
Con un huracán haciendo estragos afuera, Wallace y Whitson se propusieron hacer historia. Wallace ofreció apoyo a Whitson, un bioquímico, mientras usaba el dispositivo MinION para secuenciar el ADN amplificado. Los datos fueron transferidos al equipo en Houston para su análisis e identificación.
La astronauta de la NASA Peggy Whitson realizó la investigación Genes in Space-3 a bordo de la estación espacial utilizando el miniPCR y MinION. desarrollado para investigaciones previamente voladas. Crédito:NASA
"Una vez que obtuvimos los datos sobre el terreno, pudimos darle la vuelta y comenzar a analizarlos, "dijo Aaron Burton, Bioquímico de la NASA y co-investigador del proyecto. "Obtienes todos estos gráficos de garabatos y tienes que convertirlos en As, Gs, Cs y Ts ".
Aquellos como, Gs, Cs y Ts son adenina, Guanina Citosina y timina:las cuatro bases que componen cada hebra de ADN y pueden indicarle de qué organismo proviene la hebra de ADN.
"Inmediatamente, vimos aparecer un microorganismo, y luego un segundo, y eran cosas que encontramos todo el tiempo en la estación espacial, ", dijo Wallace." La validación de estos resultados sería cuando tuviéramos la muestra de nuevo para probar en la Tierra ".
Poco después las muestras regresaron a la Tierra, junto con Whitson, a bordo de la nave espacial Soyuz. Se completaron pruebas bioquímicas y de secuenciación en laboratorios terrestres para confirmar los hallazgos de la estación espacial. Hicieron pruebas varias veces para confirmar la precisión. Cada vez, los resultados fueron exactamente los mismos en tierra que en órbita.
El equipo de Genes in Space-3 trabajó durante todo el huracán Harvey para garantizar que las operaciones continuaran en la estación espacial. En la foto aparecen Aaron Burton, Kristen John, Sarah Stahl y Sarah Wallace mientras observan a la astronauta de la NASA Peggy Whitson trabajar dentro de Microgravity Science Glovebox (MSG) durante la primera parte de la investigación. Crédito:Sarah Wallace
"Lo hicimos. Todo funcionó a la perfección, "dijo Sarah Stahl, microbiólogo.
Desarrollado en asociación por el Centro Espacial Johnson de la NASA y Boeing, esta investigación patrocinada por el Laboratorio Nacional es administrada por el Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio.
Genes in Space-1 marcó la primera vez que se utilizó la PCR en el espacio para amplificar el ADN con el termociclador miniPCR, seguido poco después por Biomolecule Sequencer, que utilizó el dispositivo MinION para secuenciar el ADN. Genes in Space-3 unió estas dos investigaciones para crear un proceso completo de identificación microbiana en microgravedad.
"Fue una colaboración natural juntar estas dos piezas de tecnología porque, individualmente, ambos son geniales pero juntos permiten aplicaciones de biología molecular extremadamente poderosas, "dijo Wallace.
