Quando il ricercatore del MIT Christopher Carr ha visitato una spiaggia di sabbia verde alle Hawaii all'età di 9 anni, probabilmente non pensava che avrebbe usato i piccoli cristalli di olivina sotto i suoi piedi per cercare un giorno la vita extraterrestre. Carr, ora il ricercatore principale della scienza per lo strumento di ricerca di genomi extraterrestri (SETG) sviluppato congiuntamente dal Dipartimento della Terra, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS) presso il MIT e il Massachusetts General Hospital, lavora per sposare i mondi della biologia, geologia, e la scienza planetaria per aiutare a capire come si è evoluta la vita nell'universo.

"La nostra storia rivelata dalla scienza è una storia davvero incredibile, " dice Carr. "Io e te siamo parte di una catena ininterrotta di 4 miliardi di anni di evoluzione. Voglio saperne di più su quella storia".

Il SETG è stato inizialmente proposto dal professore di genetica della Harvard Medical School Gary Ruvkun, e dal 2005 è guidata da Maria Zuber, l'E.A. Griswold Professor di Geofisica in EAPS e vicepresidente per la ricerca al MIT.

In qualità di investigatore del principio scientifico di SETG, Carr, insieme a un grande team di scienziati e ingegneri, ha contribuito a sviluppare una strumentazione in grado di resistere alle radiazioni e rilevare il DNA, un tipo di acido nucleico che trasporta informazioni genetiche nella maggior parte degli organismi viventi, negli ambienti di volo spaziale. Ora, Carr e i suoi colleghi stanno lavorando per mettere a punto la strumentazione per lavorare sul pianeta rosso. Fare quello, il team aveva bisogno di simulare i tipi di suolo che si pensava preservassero le prove della vita su Marte, e per questo, avevano bisogno di un geologo.

Angelo Mojarro, uno studente laureato in EAPS, era all'altezza del compito. Mojarro ha trascorso mesi a sintetizzare suoli marziani che rappresentavano diverse regioni su Marte, come stabilito dai dati del rover marziano.

"Si scopre che puoi acquistare la maggior parte delle rocce e dei minerali trovati su Marte online, " dice Mojarro. Ma non solo.

Uno dei componenti difficili da trovare nei suoli era l'olivina della spiaggia che Carr aveva visitato da bambino:"Ho chiamato i miei e ho detto:'Hey, puoi trovare la sabbia olivina nel seminterrato e mandarmene un po'?'"

Dopo aver creato una raccolta di diversi suoli analogici di Marte, Mojarro voleva scoprire se SETG poteva estrarre e rilevare piccole quantità di DNA incorporato in quei terreni come avrebbe fatto in una futura missione su Marte. Sebbene sulla Terra esistano già molte tecnologie per rilevare e sequenziare il DNA, ridimensionare la strumentazione per adattarla a un rover, sopravvivere al trasporto dalla Terra, e condurre un sequenziamento ad alta fedeltà in un duro ambiente marziano è una sfida unica. "Questo è un mucchio di passaggi, non importa quale sia la tecnologia di sequenziamento in questo momento, " dice Carr.

La strumentazione SETG si è evoluta e migliorata dall'inizio del suo sviluppo nel 2005, e, attualmente, il team sta lavorando per integrare un nuovo metodo, chiamato sequenziamento dei nanopori, nel loro lavoro. "Nel sequenziamento dei nanopori, I filamenti di DNA viaggiano attraverso fori di dimensioni nanometriche, e la sequenza delle basi viene rilevata tramite variazioni di una corrente ionica, "dice Mojarro.

Da soli, I suoli analoghi di Marte di Mojarro non contenevano microbi, quindi per testare e sviluppare il sequenziamento dei nanopori del DNA nei suoli analoghi di Marte, Mojarro ha aggiunto ai terreni quantità note di spore del batterio Bacillus subtilis. Senza l'aiuto umano su Marte, La strumentazione SETG dovrebbe essere in grado di raccogliere, purificare, e consentono di sequenziare il DNA, un processo che di solito richiede circa un microgrammo di DNA sulla Terra, dice Mojarro.

I risultati del gruppo utilizzando il nuovo metodo di sequenziamento e preparazione, che sono stati segnalati in Astrobiologia , ha spinto i limiti di rilevamento alla scala delle parti per miliardo, il che significa che anche le più piccole tracce di vita potrebbero essere rilevate e sequenziate dallo strumento.

"Questo non si applica solo a Marte... questi risultati hanno implicazioni in altri campi, pure, " Dice Mojarro. Metodi simili di sequenziamento del DNA sulla Terra sono stati utilizzati per aiutare a gestire e monitorare le epidemie di Ebola e nella ricerca medica. E inoltre, miglioramenti al SETG potrebbero avere importanti implicazioni per la protezione del pianeta, che mira a prevenire e ridurre al minimo la contaminazione biologica degli ambienti spaziali di origine terrestre.

Anche al nuovo limite di rilevabilità per la strumentazione SETG, Mojarro è stato in grado di distinguere tra il DNA umano e il DNA di Bacillus. "Se rileviamo la vita su altri pianeti, "Mojarro dice, "Abbiamo bisogno di una tecnica in grado di distinguere i microbi che fanno l'autostop dalla Terra e dalla vita su Marte".

Nella loro pubblicazione, Mojarro e Carr suggeriscono che questi sviluppi potrebbero colmare alcune delle lacune mancanti nella storia della vita sulla Terra. "Se c'è vita su Marte, ci sono buone probabilità che sia collegato a noi, "Carro dice, citando studi precedenti che descrivono lo scambio planetario di materiali durante il periodo del tardo pesante bombardamento (da 4,1 a 3,8 miliardi di anni fa).

Se SETG rileva e sequenzia il DNA su Marte in futuro, Carr afferma che i risultati potrebbero "riscrivere la nostra stessa idea delle nostre origini".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.