L'astronauta della NASA Kate Rubins posa per una foto con il dispositivo minION durante la prima corsa di inizializzazione del campione dell'indagine Biomolecular Sequencer. Credito:NASA
Basandosi sulla capacità di sequenziare il DNA nello spazio e su indagini precedenti, Genes in Space-3 è una collaborazione per preparare, sequenziare e identificare organismi sconosciuti, interamente dallo spazio. Quando l'astronauta della NASA Kate Rubins ha sequenziato il DNA a bordo della Stazione Spaziale Internazionale nel 2016, è stato un punto di svolta. Quel primo sequenziamento del DNA nello spazio faceva parte dell'indagine Biomolecule Sequencer.
Anche se non è così eccitante come può rappresentare un film di fantascienza, le pareti e le superfici della stazione spaziale sperimentano di tanto in tanto una crescita microbica. Attualmente, l'unico modo per identificare i contaminanti è prelevare un campione e rispedirlo sulla Terra.
"Abbiamo avuto contaminazione in parti della stazione in cui sono stati visti crescere funghi o il biomateriale è stato estratto da una linea di galleggiamento intasata, ma non abbiamo idea di cosa sia finché il campione non torna in laboratorio, "ha detto Sarah Wallace, Microbiologo della NASA e ricercatore principale del progetto presso il Johnson Space Center dell'agenzia a Houston.
"Sulla ISS, possiamo rifornire regolarmente disinfettanti, ma mentre ci spostiamo oltre l'orbita terrestre bassa, dove la capacità di rifornimento è meno frequente, sapere cosa disinfettare o no diventa molto importante, " disse Wallace.
Sviluppato in collaborazione dal Johnson Space Center della NASA e Boeing, questa indagine sponsorizzata dall'ISS National Lab sposerà due pezzi della tecnologia di volo spaziale esistente, miniPCR e MinION, per cambiare quel processo, consentendo la preparazione dei primi campioni biologici sconosciuti, sequenziato e poi identificato nello spazio.
L'astronauta della NASA Kate Rubins non solo è diventata la prima persona a sequenziare il DNA nello spazio, ma ha sequenziato più di un miliardo di basi durante il suo tempo a bordo della stazione spaziale. Credito:NASA
Il dispositivo miniPCR (reazione a catena della polimerasi) è stato utilizzato per la prima volta a bordo della stazione durante i Geni nello Spazio-1, e, presto saranno Geni nelle indagini Space-2, esperimenti progettati dagli studenti nel programma Genes in Space. I geni in Space-1 hanno dimostrato con successo che il dispositivo potrebbe essere utilizzato in condizioni di microgravità per amplificare il DNA, un processo utilizzato per creare migliaia di copie di sezioni specifiche di DNA. La seconda indagine è arrivata sulla stazione spaziale il 22 aprile, e sarà testato questa estate.
Poi è arrivata l'indagine sul sequenziatore di biomolecole, che ha testato con successo la capacità del MinION di sequenziare filamenti di DNA preparato dalla Terra in un laboratorio orbitante.
"Ciò che sta facendo l'accoppiamento di questi diversi dispositivi ci consente di portare il laboratorio ai campioni, invece di dover portare i campioni in laboratorio, "ha detto Aaron Burton, Biochimico della NASA e co-investigatore di Genes in Space-3.
I membri dell'equipaggio raccoglieranno un campione dalla stazione spaziale da coltivare a bordo del laboratorio orbitante. Il campione verrà quindi preparato per il sequenziamento, in un processo simile a quello utilizzato durante l'indagine Genes in Space-1, utilizzando la miniPCR e infine, sequenziato e identificato utilizzando il dispositivo MinION.
La studentessa Anna-Sophia Boguraev, vincitore del concorso Genes in Space, è raffigurato con il dispositivo miniPCR. La miniPCR verrà utilizzata con il minION per preparare, sequenza e identificare un microrganismo dall'inizio alla fine a bordo della stazione spaziale. Credito:NASA
"La ISS è molto pulita, "ha detto Sarah Stahl, microbiologo e scienziato del progetto. "Troviamo molti microrganismi associati all'uomo - molti batteri comuni come Staphylococcus e Bacillus e diversi tipi di funghi familiari come Aspergillus e Penicillium".
Oltre a identificare i microbi nello spazio, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per diagnosticare ferite o malattie dei membri dell'equipaggio in tempo reale, aiuta a identificare la vita basata sul DNA su altri pianeti e aiuta con altre indagini a bordo della stazione.
"Il processo Genes in Space-3 aumenterà la capacità scientifica della ISS facilitando la ricerca di biologia molecolare all'avanguardia per i ricercatori dell'ISS sia attuali che di prossima generazione, "ha detto Kristen John, Ingegnere aerospaziale della NASA e ingegnere del progetto Genes in Space-3. "Il team si è concentrato fortemente sulla generazione di un catalogo certificato per il volo spaziale di articoli e reagenti di laboratorio generali, e lo sviluppo di metodi comuni e condizioni di reazione facilmente personalizzabili per miniPCR e MinION per consentire ad altri ricercatori della ISS di utilizzare questa tecnologia".
Questo processo darà agli scienziati sul campo l'accesso in tempo reale agli esperimenti in corso nello spazio, consentendo una maggiore precisione e un uso più efficiente del tempo sulla stazione spaziale.
"Se potessi ottenere un'istantanea delle firme molecolari della tua ricerca mentre si svolgeva sulla ISS, come cambieresti il tuo esperimento?" disse Wallace. "Cambieresti i tuoi punti temporali? Fornire un nutriente diverso? Alterare le condizioni di crescita? Puoi immaginare come, se avessi quei dati, potresti modificare il tuo esperimento per migliorare l'intuizione acquisita."
Più vicino a casa, questo processo può essere utilizzato per fornire diagnosi in tempo reale di virus in aree del mondo in cui l'accesso a un laboratorio potrebbe non essere possibile.
