Obrazový kredit: UC Berkeley
Rovnaká špičková technológia, ktorá zrýchlila sekvenovanie ľudského genómu, by nám do konca tohto desaťročia mohla raz a navždy povedať, či na Marse existoval život na Marse. Podľa kalifornskej univerzity v Berkeley.
Richard Mathies, UC Berkeley, profesor chémie a vývoj prvých kapilárnych elektroforetických polí a nových štítkov fluorescenčných farbív na prenos energie - ktoré sa používajú v dnešných sekvenceroch DNA - pracuje na nástroji, ktorý by tieto technológie používal na testovanie prachu z Mars na dôkaz života. Aminokyseliny na báze aminokyselín, stavebné bloky proteínov.
Postgraduálna študentka Alison Skelley v Rock Garden, jednom z miest v púšti Atacama v Čile, kde vedci odobrali vzorky na aminokyseliny v rámci prípravy na odoslanie nástroja na Mars, aby našli príznaky života. V pozadí sú ruiny mesta Yunguy. (Foto s láskavým dovolením laboratórium Richarda Mathiesa / UC Berkeley)
S dvoma rozvojovými grantmi od NASA v celkovej výške takmer 2,4 milióna dolárov, on a členovia tímu z Jet Propulsion Laboratory (JPL) v kalifornskom technologickom inštitúte a oceánografický inštitút UC v San Diegu v Scripps Institution of Oceanography dúfajú, že postavia organický analyzátor Mars, ktorý bude lietať na palube NASA, robotická misia Mars Science Laboratory a / alebo misia ExoMars Európskej vesmírnej agentúry, ktorá je naplánovaná na spustenie v roku 2009. Návrh ExoMars je v spolupráci s Pascale Ehrenfreund, docentkou astrochémie na univerzite v Leidene v Holandsku.
Organický analyzátor Mars, nazývaný MOA, nehľadá len chemický podpis aminokyselín, ale testuje aj kritickú charakteristiku životných aminokyselín: Všetci majú ľavú ruku. Aminokyseliny sa môžu vyrábať fyzikálnymi procesmi vo vesmíre - často sa vyskytujú v meteoritoch - sú však rovnako ľavicové a pravicové. Ak majú aminokyseliny na Marse prednosť pred ľavou rukou pred pravou rukou alebo naopak, mohli by pochádzať iba z nejakej formy života na planéte, uviedol Mathies.
„Cítime, že meranie homochirality - prevaha jedného typu podania nad iným - by bolo absolútnym dôkazom života,“ povedal Mathies, člen UC Berkeley z Kalifornského inštitútu pre kvantitatívny biomedicínsky výskum (QB3). „Preto sme sa zamerali na tento typ experimentu. Ak pôjdeme na Mars a nájdeme aminokyseliny, ale nemeriame ich chiralitu, budeme sa cítiť veľmi hlúpo. Náš nástroj to dokáže. “
MOA je jedným z mnohých vyvíjaných nástrojov s financovaním NASA zameraným na prítomnosť organických molekúl na Marse. Konečné návrhy na misiu v roku 2009 by mali byť predložené v polovici júla. Matematici a kolegovia Jeffrey Bada zo Scripps a Frank Grunthaner zo spoločnosti JPL, ktorí plánujú predložiť jediný návrh, ktorý testuje prítomnosť aminokyselín, analyzátor podrobili testu a preukázali, že funguje. Podrobnosti o ich návrhu sú teraz k dispozícii na webe http://astrobiology.berkeley.edu.
Vo februári cestovali absolventka Grunthaner a UC Berkeley, Alison Skelley, do púšte Atacama v Čile, aby zistili, či detektor aminokyselín - nazývaný organický detektor Mars alebo MOD - môže nájsť aminokyseliny v najsuchšejšej časti planéty. MOD ľahko uspel. Pretože však druhá polovica experimentu - „laboratórium na čipe“, ktoré testuje handičnosť aminokyselín - ešte nebola vydatá za MOD, vedci priniesli vzorky späť do UC Berkeley pre túto časť test. Skelley teraz úspešne ukončil tieto experimenty, čím demonštroval kompatibilitu systému lab-on-a-chip s MOD.
"Ak nemôžete zistiť život v oblasti Yungay v púšti Atacama, nemáte na Marse žiadne podnikanie," povedal Mathies s odkazom na púštny región v Čile, kde posádka zostala a vykonala niektoré zo svojich testov.
Mathies, ktorý pred 12 rokmi vyvinul prvé elektroforézové separátory s kapilárnym usporiadaním, ktoré predáva Amersham Biosciences vo svojich rýchlych sekvenceroch DNA, je presvedčený, že vylepšenia technológie jeho skupiny týkajúce sa projektu použitého v genómovom projekte dokonale prispejú k projektom prieskumu Marsu.
„Vďaka druhu mikrofluidických technológií, ktoré sme vyvinuli, a našej schopnosti vytvárať polia analyzátorov in situ, ktoré vykonávajú relatívne jednoduché experimenty relatívne lacno, nemusíme mať ľudí na Marse, aby vykonávali hodnotné analýzy,“ uviedol. „Doteraz sme preukázali, že tento systém dokáže detegovať život odtlačkom prsta a že môžeme vykonať kompletnú analýzu v teréne. Sme skutočne nadšení z budúcich možností. “
Morský chemik Bada je exobiológom tímu, ktorý pred takmer desiatimi rokmi vyvinul nový spôsob testovania aminokyselín, amínov (produkty degradácie aminokyselín) a polycyklických aromatických uhľovodíkov, organických zlúčenín bežných vo vesmíre. Tento experiment, MOD, bol vybraný pre misiu na Mars v roku 2003, ktorá bola zošrotovaná, keď v roku 1999 došlo k havárii lode Mars Polar Lander.
Od tej doby sa Bada spojil s Mathies na vývoji ambicióznejšieho nástroja, ktorý kombinuje vylepšený MOD s novou technológiou na identifikáciu a testovanie chirality detegovaných aminokyselín.
Konečným cieľom je nájsť dôkaz života na Marse. Vikingovia v sedemdesiatych rokoch neúspešne testovali prítomnosť organických molekúl na Marse, ale ich citlivosť bola tak nízka, že by nedokázali odhaliť život, aj keby na milión pôd bolo milión baktérií. Teraz, keď NASA rovers Spirit a Opportunity takmer určite ukázali, že stojatá voda, ktorá raz existovala na povrchu, je cieľom nájsť organické molekuly.
Model Bada MOD je navrhnutý na zahrievanie vzoriek marťanskej pôdy a pri nízkych tlakoch na povrchu odparuje všetky prítomné organické molekuly. Para potom kondenzuje na chladnom prste, pasca ochladená na nočnú teplotu Marsu, približne 100 stupňov pod nulou Fahrenheita. Studený prst je potiahnutý značkovačmi farbív fluoreskamínu, ktoré sa viažu iba na aminokyseliny, takže akýkoľvek fluorescenčný signál naznačuje, že sú prítomné aminokyseliny alebo amíny.
"Práve teraz sme schopní zistiť jednu bilióntu gramu aminokyselín v grame pôdy, čo je miliónkrát lepšie ako Viking," uviedol Bada.
Pridaný kapilárny elektroforézny systém odpúšťa kondenzovanú tekutinu zo studeného prsta a nasáva ju do laboratória s čipom so vstavanými čerpadlami a ventilmi, ktoré smerujú tekutinu cez chemikálie, ktoré pomáhajú identifikovať aminokyseliny a kontrolujú handedness alebo chirality. ,
„MOD je vyšetrovanie v prvom štádiu, keď je vzorka vyšetrená na prítomnosť akýchkoľvek fluorescenčných druhov vrátane aminokyselín,“ povedal Skelley. „Potom kapilárna elektroforéza vykoná analýzu v druhej fáze, kde skutočne vyriešime tieto rôzne druhy a vieme povedať, o čo ide. Tieto dva nástroje sú navrhnuté tak, aby sa vzájomne dopĺňali a stavali na sebe. “
„Rich posunul tento experiment do ďalšej dimenzie. Skutočne máme systém, ktorý funguje, “povedal Bada. „Keď som začal premýšľať o testoch chirality a prvýkrát som hovoril s Richom, mali sme koncepčné nápady, ale nič, čo v skutočnosti nefungovalo. Vzal to do bodu, keď máme prenosný nástroj čestného k Bohu. “
Aminokyseliny, stavebné bloky proteínov, môžu existovať v dvoch zrkadlových formách, označených L (levo) pre ľavákov a D (dextro) pre pravákov. Všetky proteíny na Zemi sú zložené z aminokyselín typu L, čo umožňuje ich peknému zloženiu do kompaktného proteínu.
Ako to Mathies opisuje, pri teste chirality sa využíva skutočnosť, že ľavotočivé aminokyseliny lepšie zapadajú do ľavostrannej chemickej „rukavice bez prstov“ a pravou rukou do aminokyseliny s pravou rukou. Ak sa obe aminokyseliny na ľavej aj na pravej strane pohybujú po tenkej kapilárnej trubici obloženej ľavými prstami bez prstov, ľavičiari sa budú pohybovať pomalšie, pretože po ceste vkĺznu do prstov bez prstov. Je to ako ľavicový politik pracujúci v dave. Pomalšie sa bude pohybovať ľavicovými ľuďmi v dave, pretože to sú jediní ľudia, s ktorými si potriasa rukou. V tomto prípade je ľavou rukavicou chemikália nazývaná cyklodextrín.
Rôzne aminokyseliny - existuje 20 rôznych druhov, ktoré používajú ľudia - sa tiež pohybujú po skúmavke rôznymi rýchlosťami, čo umožňuje čiastočnú identifikáciu prítomných.
"Keď sa pomocou MOD zistia aminokyseliny, označený roztok aminokyselín sa načerpá do mikrofluidík a hrubo sa oddelí nábojom," uviedol Mathies. „Mobilita aminokyselín nám hovorí niečo o náboji a veľkosti a, ak sú prítomné cyklodextríny, či máme racemickú zmes, to znamená rovnaké množstvo ľavých a pravých aminokyselín. Ak tak urobíme, aminokyseliny môžu byť nebiologické. Ak však vidíme chirálny nadbytok, vieme, že aminokyseliny musia byť biologického pôvodu. “
Najmodernejší čip navrhnutý a vyrobený spoločnosťou Skelley pozostáva z kanálov vyleptaných fotolitografickými technikami a mikrofluidného čerpacieho systému vloženého do štvorvrstvového disku so štvorcovým priemerom, pričom vrstvy sú spojené vŕtanými kanálmi. Drobné mikrofabrikované ventily a čerpadlá sú vytvorené z dvoch sklenených vrstiev s pružnou polymérnou membránou (PDMS alebo polydimetylsiloxán) medzi nimi, pohybujúcou sa hore a dole pomocou zdroja tlaku alebo vákua. Fyzikálny chemik UC Berkeley James Scherer, ktorý navrhol kapilárny elektroforézny prístroj, vyvinul tiež citlivý fluorescenčný detektor, ktorý rýchlo načíta obrazec na čipe.
Jedným z aktuálnych grantov tímu NASA je vývoj mikropabrikovaného organického laboratória novej generácie (MOL) novej generácie, ktorý bude lietať na Mars, Jupiterov mesiac v Európe alebo snáď na kométu a vykonávať komplikovanejšie chemické testy pri hľadaní kompletnejšej sady organických látok. molekuly, vrátane nukleových kyselín, štruktúrne jednotky DNA. Zatiaľ je však cieľom tento nástroj pripravený do roku 2009 ísť nad rámec súčasných experimentov na palube vozoviek Mars 2003 a hľadať aminokyseliny.
"Musíte si pamätať, doteraz sme na Marse nezistili žiaden organický materiál, takže by to bol obrovský krok vpred," uviedol Bada. „Pri hľadaní života existujú dve požiadavky: voda a organické zlúčeniny. Podľa nedávnych zistení Marsov roverov, ktoré naznačujú prítomnosť vody, zostávajú neznáme organické zlúčeniny. Preto sa na to zameriavame.
"Organický analyzátor Mars je veľmi silný experiment a našou veľkou nádejou je nájsť nielen aminokyseliny, ale aj aminokyseliny, ktoré vyzerajú, akoby mohli pochádzať z nejakej živej bytosti."
Pôvodný zdroj: Berkeley News Release
