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基因测序站:鉴别太空未知生物

2018-1-12 12:09| 发布者: 穆浩磊| 查看: 1553| 评论: 0|原作者: 穆浩磊|来自: NASA中文

摘要: NASA宇航员 Kate Rubins在分子生物程序研究(Biomolecular Sequencer investigation)的首次样本初始化时和 minION设备的合影留念。 Credits: NASA NASA 宇航员 Kate Rubins 不仅是在太空进行DNA测序第一人,而且她在 ...

[飞机航天]


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NASA宇航员 Kate Rubins在分子生物程序研究(Biomolecular Sequencer investigation)的首次样本初始化时和 minION设备的合影留念。
Credits: NASA

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NASA 宇航员 Kate Rubins 不仅是在太空进行DNA测序第一人,而且她在空间站期间的测序数量超过十亿。Credits: NASA

基于在太空对DNA测序的能力以及之前的研究,太空基因三号项目(Genes in Space-3)是一项完全在太空准备、测序和鉴别未知有机物的协作。2016年当NASA宇航员Kate Rubins在国际空间站进行了DNA测序后,一切都变得和以往不同。从未有过的太空DNA测序已成为分子生物测序研究的一部分。

虽然不像科幻片描绘的那样令人兴奋,但空间站的墙壁和地面确实会随着时间的推移长出微生物。目前,鉴别太空污染物的唯一办法是采样并送回地球。

位于休斯顿的NASA约翰逊太空中心的微生物学家兼项目首席研究员Sarah Wallace说:“我们曾经历过空间站部分区域遭到污染的情况,比如长出真菌或输水管道被某些生物材料堵塞,但是直到我们将这些样本送回地球进行研究后才能确切知道它们到底是什么。

Wallace说:“在国际空间站,我们可以定期得到消毒剂补给,但当我们远离近地轨道后消毒剂的供应频率就会低很多,因此了解什么需要消毒就变得尤为重要。”

通过与NASA约翰逊太空中心和波音公司的合作,由国际空间站国家实验室赞助的研究将结合两项现有的航天技术miniPCR和MinION,来改变原有的规则,允许将首次出现的未知生物样品在太空中进行准备、测序和鉴别。


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学生Anna-Sophia Boguraev作为太空基因(Genes in Space)比赛的获胜者,与miniPCR设备的合影。miniPCR将会与minION配套使用,在空间站准备、测序并鉴别个微生物。
Credits: NASA

在太空基因一号项目(Genes in Space-1)中, miniPCR(聚合酶链式反应)设备首次在空间站投入使用,并将很快用于一项由学生设计的太空基因二号项目(Genes in Space-2)。太空基因一号项目成功验证了它可以在微重力的环境中扩增DNA,这一步骤创造数以千计的DNA特定片段。第二项研究将于4月22号在空间站开展,并于今年夏天进行测试。

紧接着是分子生物测序研究,它成功验证了MinION拥有在太空实验室对来自地球的数条DNA序列进行测序的能力。

NASA 生物化学家及太空基因三号项目的合作研究者Aaron Burton说:“这些不同的设备允许我们将实验室带到采样现场,而不是将样本带回实验室。”

机组成员会在空间站里收集样本然后在太空实验室进行培养,之后样品将以类似于太空基因一号项目里使用miniPCR设备的方式做好准备,最终用MinION设备进行测序与鉴别。

微生物与工程学家Sarah Stahl说:“国际空间站其实常干净,我们找到许多人源微生物:许多普通细菌,如葡萄球菌和芽孢杆菌,和不同类型的常见真菌,如曲霉属真菌和青霉菌。”

除了在太空鉴定细菌外,这项技术还能及时诊断机组成员的伤口或疾病,帮助鉴定其它行星上以DNA为基础的生命,以及一些空间站的其它研究。

NASA航天工程师兼太空基因三号项目工程师Kristen John说:“太空基因三号项目为当今和下一代的国际空间站研究者,提供了最为先进的分子生物学研究条件,从而增加了国际空间站的科研能力。我们团队将重点放在生产航天飞行认证流程的实验室常用物品和试剂,并为miniPCR和MinION安装了常用操作方法。和易于定制的反应条件,从而使其他空间站研究者可以使用这项技术。

这项研究能让地球上的科学家及时监测空间站的实验进展,以便更加准确和高效地掌握太空实验的情况。

Wallace说:“如果你抓拍到在国际空间站上某项你的研究中正在发生改变的分子特征,你要如何调整你的实验?是改变试验的时间点?提供不同的营养物?或是改变生长条件?如果你有那些数据,你就能知道该如何调整你的实验来加深已有的认识。

由于空间站距离地球很近,这一方式还能为一些没有能力拥有实验室的地区提供对于病毒的及时诊断。

国际空间站国家实验室是由空间科学发展中心(Center for the Advancement of Science in Space,简称CASIS)进行管理的,如果你想得到更多关于空间站实验的相关信息,请关注 @ISS_Research。(注:本文在NASA中文中的发表日期是 2017-06-13)(编辑/飞机库 穆浩磊)

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