Sarah Wallace (sinistra), microbiologo della NASA e ricercatore principale di Genes in Space-3, e Sarah Stahl (R), microbiologo, sono visti nel loro laboratorio del Johnson Space Center con il campione in volo dell'indagine Genes in Space-3. Credito:Rachel Barry
Essere in grado di identificare i microbi in tempo reale a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, senza doverli rimandare sulla Terra per l'identificazione prima, sarebbe rivoluzionario per il mondo della microbiologia e dell'esplorazione spaziale. Il team di Genes in Space-3 ha trasformato questa possibilità in realtà quest'anno, quando ha completato il primo processo da campione a sequenza interamente a bordo della stazione spaziale. I risultati della loro indagine sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .
La capacità di identificare i microbi nello spazio potrebbe aiutare nella capacità di diagnosticare e curare i disturbi degli astronauti in tempo reale, oltre ad assistere nell'identificazione della vita basata sul DNA su altri pianeti. Potrebbe anche giovare ad altri esperimenti a bordo del laboratorio orbitante. L'identificazione dei microbi implica l'isolamento del DNA dei campioni, e poi amplificando - o facendo molte copie - di quel DNA che poi può essere sequenziato, o identificato.
L'indagine è stata suddivisa in due parti:la raccolta dei campioni microbici e l'amplificazione mediante reazione a catena della polimerasi (PCR), quindi il sequenziamento e l'identificazione dei microbi. L'astronauta della NASA Peggy Whitson ha condotto l'esperimento a bordo del laboratorio orbitante, con il microbiologo della NASA e il ricercatore principale del progetto Sarah Wallace e il suo team che la osservano e la guidano da Houston.
Come parte del regolare monitoraggio microbico, piastre di Petri sono state toccate su varie superfici della stazione spaziale. Lavorando all'interno del Microgravity Science Glovebox (MSG) circa una settimana dopo, Whitson ha trasferito cellule da colonie batteriche in crescita su quelle piastre in provette in miniatura, qualcosa che non era mai stato fatto prima nello spazio.
Una volta che le cellule sono state raccolte con successo, era tempo di isolare il DNA e prepararlo per il sequenziamento, consentendo l'identificazione degli organismi sconosciuti - un altro primato per la microbiologia spaziale. Un evento meteorologico storico, anche se, ha minacciato la capacità della squadra di terra di guidare l'avanzamento dell'esperimento.
"Abbiamo iniziato a sentire i resoconti dell'uragano Harvey la settimana tra Peggy che eseguiva la prima parte della raccolta del campione e si preparava per il sequenziamento vero e proprio, " disse Wallace.
Quando JSC divenne inaccessibile a causa delle pericolose condizioni stradali e dell'innalzamento delle acque alluvionali, il team del Centro di integrazione delle operazioni di carico utile del Marshall Space Flight Center a Huntsville, Alabama, che fungono da "controllo della missione" per tutte le ricerche sulle stazioni, ha lavorato per connettere Wallace a Whitson usando il cellulare personale di Wallace.
Con un uragano che scatena il caos fuori, Wallace e Whitson hanno deciso di fare la storia. Wallace ha offerto supporto a Whitson, un biochimico, mentre usava il dispositivo MinION per sequenziare il DNA amplificato. I dati sono stati trasferiti al team di Houston per l'analisi e l'identificazione.
L'astronauta della NASA Peggy Whitson ha eseguito l'indagine Genes in Space-3 a bordo della stazione spaziale utilizzando la miniPCR e il MinION, sviluppato per le indagini precedentemente volate. Credito:NASA
"Una volta che abbiamo effettivamente ottenuto i dati sul campo, siamo stati in grado di capovolgerli e iniziare ad analizzarli, "ha detto Aaron Burton, Biochimico della NASA e co-investigatore del progetto. "Ottieni tutte queste trame scarabocchiate e devi trasformarle in As, Gs, C e T."
quelli come, Gs, C e T sono adenina, Guanina, Citosina e timina - le quattro basi che compongono ciascun filamento di DNA e possono dirti da quale organismo proviene il filamento di DNA.
"Al momento, abbiamo visto apparire un microrganismo, e poi un secondo, ed erano cose che troviamo sempre sulla stazione spaziale, " ha detto Wallace. "La convalida di questi risultati sarà quando avremo riportato il campione per testarlo sulla Terra".
Subito dopo, i campioni tornarono sulla Terra, insieme a Whitson, a bordo della navicella Soyuz. I test biochimici e di sequenziamento sono stati completati nei laboratori di terra per confermare i risultati della stazione spaziale. Hanno eseguito test più volte per confermare l'accuratezza. Ogni volta, i risultati erano esattamente gli stessi a terra come in orbita.
Il team di Genes in Space-3 ha lavorato durante l'uragano Harvey per garantire che le operazioni continuassero sulla stazione spaziale. Nella foto sono Aaron Burton, Kristen John, Sarah Stahl e Sarah Wallace mentre guardano l'astronauta della NASA Peggy Whitson lavorare all'interno del Microgravity Science Glovebox (MSG) durante la prima parte dell'indagine. Credito:Sarah Wallace
"Ce l'abbiamo fatta. Tutto ha funzionato alla perfezione, "ha detto Sarah Stahl, microbiologo.
Sviluppato in collaborazione dal Johnson Space Center della NASA e Boeing, questa indagine sponsorizzata dal National Lab è gestita dal Center for the Advancement of Science in Space.
I geni in Space-1 hanno segnato la prima volta che la PCR è stata utilizzata nello spazio per amplificare il DNA con il termociclatore miniPCR, seguito poco dopo da Biomolecule Sequencer, che ha utilizzato il dispositivo MinION per sequenziare il DNA. I geni in Space-3 hanno sposato queste due indagini per creare un processo di identificazione microbica completo in condizioni di microgravità.
"È stata una collaborazione naturale mettere insieme questi due pezzi di tecnologia perché individualmente, sono entrambi fantastici, ma insieme consentono applicazioni di biologia molecolare estremamente potenti, " disse Wallace.
