Il team di studenti che ha sviluppato l'esperimento Genes in Space 6. Da sinistra a destra:David Li, Aarthi Vijayakumar, Michele Cantato, e Rebecca Li. Credito:Boeing
L'atmosfera terrestre protegge la vita al suolo dalle radiazioni cosmiche che possono danneggiare il DNA. Gli astronauti nello spazio non hanno tale protezione, e questo li mette a rischio. Un'indagine sulla Stazione Spaziale Internazionale esamina i danni al DNA e la riparazione nello spazio per aiutare a proteggere la salute a lungo termine dei viaggiatori spaziali.
Un organismo trasporta tutte le sue informazioni genetiche nel suo acido desossiribonucleico o DNA. Questo progetto per la vita prende la forma di sequenze specifiche di basi azotate:adenina, citosina, guanina, e timina, rappresentato dalle lettere A, C, G e T.
Un tipo di danno al DNA è la rottura del doppio filamento, essenzialmente un taglio attraverso entrambi i filamenti di DNA. Le cellule riparano queste rotture quasi immediatamente, ma può commettere errori, inserimento o eliminazione di basi del DNA e creazione di mutazioni. Queste mutazioni possono provocare malattie come il cancro. I geni in Space-6 esaminano il meccanismo specifico utilizzato dalle cellule per riparare le rotture del doppio filamento nello spazio.
L'indagine porta le cellule del lievito Saccharomyces cerevisiae alla stazione spaziale, dove gli astronauti causano un tipo specifico di danno al suo DNA utilizzando uno strumento di modifica del genoma noto come CRISPR-Cas9. Gli astronauti permettono alle cellule di riparare questo danno, quindi fare molte copie della sezione riparata utilizzando un processo chiamato reazione a catena della polimerasi (PCR) con un dispositivo integrato, la miniPCR. Un altro dispositivo, MinION, viene quindi utilizzato per sequenziare la sezione riparata del DNA in quelle copie. Il sequenziamento mostra l'ordine esatto delle basi, rivelando se la riparazione ha riportato il DNA al suo ordine originale o ha commesso errori.
Il team di studenti di Genes in Space-6. Credito:GENI NELLO SPAZIO
L'indagine rappresenta una serie di primati, compreso il primo utilizzo dell'editing genetico CRISPR-Cas9 sulla stazione spaziale e la prima volta che gli scienziati valutano l'intero processo di danno e riparazione nello spazio.
"Il danno si verifica effettivamente sulla stazione spaziale e l'analisi avviene anche nello spazio, " ha detto uno degli investigatori di miniPCR Bio, Emily Gleason. "Vogliamo capire se i metodi di riparazione del DNA sono diversi nello spazio rispetto alla Terra".
Questa indagine fa parte del programma Genes in Space. Fondata da miniPCR e Boeing, il programma sfida gli studenti a proporre esperimenti sul DNA nello spazio che implicano l'uso della tecnica PCR e del dispositivo miniPCR sulla stazione. Gli studenti inviano idee online, e il programma sceglie cinque finalisti. Questi finalisti sono abbinati a uno scienziato mentore che li aiuta a trasformare la loro idea in una presentazione per la conferenza di ricerca e sviluppo dell'ISS. Una giuria seleziona un esperimento proposto per volare sulla stazione spaziale.
"Vogliamo ispirare gli studenti a pensare come scienziati e offrire loro l'opportunità di un'autentica esperienza scientifica che non costi loro nulla, " dice Gleason. Più di 550 gruppi di studenti hanno presentato idee l'anno scorso. Il gruppo di studenti dell'indagine Genes in Space-6 include Michelle Sung, Rebecca Li, e Aarthi Vijayakumar alla Mounds View High School di Arden Hills, Minnesota, e David Li, ora matricola al Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge, Massachusetts. Il loro mentore è Kutay Deniz Atabay al MIT.
Il dispositivo miniPCR, usato per fare copie multiple di un particolare filamento di DNA nello spazio. Credito:NASA
Altri ricercatori includono Sarah E. Stahl e Sarah Wallace con il gruppo di microbiologia del Johnson Space Center della NASA a Houston; G. Guy Bushkin, Istituto Whitehead per la ricerca biomedica, Cambridge; Melissa L. Boyer, Teresa K. Tan, Kevin D. Foley, e D. Scott Copeland alla Boeing; ed Ezequiel Alvarez Saavedra, Gleason, e Sebastian Kraves presso Amplyus LLC, a Cambridge. Amplyus è la società madre di miniPCR Bio.
"Una cosa che l'indagine ci dirà è sì, possiamo fare queste cose nello spazio, " ha detto Gleason. "Ci aspettiamo di vedere il lievito utilizzare il metodo di riparazione senza errori più frequentemente, che è ciò che vediamo sulla Terra; ma non sappiamo con certezza se sarà lo stesso o no. In definitiva, possiamo usare questa conoscenza per aiutare a proteggere gli astronauti dai danni al DNA causati dalle radiazioni cosmiche nei lunghi viaggi e per consentire l'editing del genoma nello spazio".
Le procedure utilizzate in questa indagine possono avere applicazioni per proteggere le persone dalle radiazioni e da altri pericoli anche in luoghi remoti e difficili sulla Terra.
