El miniPCR se utiliza para una variedad de investigaciones genéticas para ayudar a los astronautas a amplificar rápidamente, o hacer copias de, una sola secuencia de ADN. Crédito:NASA
¿Qué hacen los astronautas? microbios, y todas las plantas tienen en común? Cada uno depende del ácido desoxirribonucleico (ADN), esencialmente un código de computadora para los seres vivos, para crecer y prosperar.
El estudio del ADN en el espacio podría conducir a una mejor comprensión del impacto de la microgravedad en los organismos vivos y también podría ofrecer formas de identificar microbios desconocidos en naves espaciales. humanos y los lugares del espacio profundo que buscamos visitar. El tamaño microscópico del ADN, sin embargo, puede crear grandes desafíos para estudiarlo a bordo de la Estación Espacial Internacional.
La mayoría de los equipos de investigación molecular basados en la Tierra son de gran tamaño y requieren una gran cantidad de energía para funcionar. Esas son dos características que pueden ser difíciles de soportar a bordo del laboratorio orbital, por lo que las muestras de investigaciones anteriores que requerían amplificación y secuenciación de ADN tenían que almacenarse en el espacio hasta que pudieran enviarse de regreso a la Tierra a bordo de una nave espacial de carga, aumentando el tiempo necesario para obtener resultados.
Sin embargo, todo eso ha cambiado en unos pocos años a medida que la NASA ha trabajado para encontrar nuevas soluciones para pruebas moleculares rápidas en vuelo a bordo de la estación espacial.
"Necesitamos [ed] para que las máquinas sean compactas, portátil, robusto, e independiente de mucha generación de energía para permitir pruebas más ágiles en el espacio, "La astronauta y bióloga molecular de la NASA Kate Rubins dijo en un enlace descendente de 2016 con los Institutos Nacionales de Salud.
El astronauta de la NASA Ricky Arnold prepara el miniPCR para Genes in Space-5, un estudiante diseñó una investigación que estudia las alteraciones en el ADN que pueden conducir a una inmunidad debilitada. Crédito:NASA
¿El resultado? Un conjunto avanzado de herramientas de mesa y del tamaño de la palma de la mano que incluyen MinION, miniPCR, y Wet-Lab-2, y más herramientas y procesos en el horizonte.
Las pruebas de ADN basadas en el espacio despegaron en 2016 con el secuenciador de biomoléculas. Compuesto por el secuenciador MinION y una tableta Surface Pro 3 para análisis, la herramienta se utilizó para secuenciar el ADN en el espacio por primera vez con Rubins a la cabeza.
En 2017, esa herramienta se usó nuevamente para Genes in Space-3, mientras la astronauta de la NASA Peggy Whitson recolectaba y probaba muestras de crecimiento microbiano alrededor de la estación. Junto a MinION, los astronautas también probaron miniPCR, un termociclador utilizado para realizar la reacción en cadena de la polimerasa. Juntas, estas plataformas proporcionaron la identificación de microbios de estación desconocidos por primera vez desde el espacio.
La astronauta Kate Rubins trabajando con Wet Lab-2, una herramienta para el análisis cuantitativo de la expresión génica que se pondrá a prueba este año. Crédito:NASA
Este año, esas capacidades de prueba se tradujeron en una cartera aún más sólida de investigación centrada en el ADN para el acelerado programa científico del laboratorio en órbita. Por ejemplo, miniPCR se está utilizando para probar sistemas inmunológicos debilitados y alteraciones del ADN como parte de una investigación diseñada por estudiantes conocida como Genes in Space-5. El estudio espera revelar más sobre la salud de los astronautas y los posibles cambios relacionados con el estrés en el ADN creado por los vuelos espaciales. Adicionalmente, La instalación de WetLab-2 es un conjunto de herramientas a bordo de la estación diseñadas para procesar muestras biológicas para el análisis de la expresión génica en tiempo real. Más herramientas para completar las oportunidades de estudios moleculares completos en el laboratorio en órbita se dirigirán al espacio pronto.
"La mini revolución ha comenzado, "dijo Sarah Wallace, Investigador principal de la NASA para la próxima investigación de Tecnología de Secuenciación y Extracción de Biomoléculas (BEST). "Estos son muy pequeños, herramientas eficientes. Tenemos un laboratorio molecular muy bien equipado en la estación y dispositivos de tamaño ideal para vuelos espaciales ".
BEST comparará las pruebas de hisopo a secuenciador de microbios desconocidos a bordo de la estación espacial con los métodos actuales basados en cultivos.
"Vemos cambios en la expresión genética en respuesta a los vuelos espaciales para cada ser vivo en el que lo hemos buscado, ", dijo Wallace." Estudiar esos cambios es fundamental para comprender las adaptaciones a los vuelos espaciales y también proporciona el potencial para descubrir respuestas novedosas que podrían resultar en tratamientos de salud alternativos en la Tierra ".
Si bien el reabastecimiento y el apoyo en tierra están disponibles para los astronautas a bordo de la estación espacial, misiones más allá de la órbita terrestre baja requerirán que las tripulaciones confíen en estos nuevos tecnologías que ahorran espacio para rastrear su salud a lo largo del tiempo y monitorear los riesgos potenciales para la salud que viven junto a ellos. Rápido, Los procesos fiables de secuenciación e identificación podrían mantener a los exploradores más seguros en misiones en el espacio profundo. En la tierra, estas tecnologías pueden hacer que la investigación genética sea más accesible, asequible y móvil.
