Credit imagine: UC Berkeley
Aceeași tehnologie de ultimă oră care a accelerat secvențializarea genomului uman ar putea, până la sfârșitul deceniului, să ne spună o dată pentru totdeauna dacă viața a existat vreodată pe Marte, potrivit unei universități din California, Berkeley, chimist.
Richard Mathies, profesor de chimie al UC Berkeley și dezvoltator al primelor tablouri de electroforeză capilară și a noilor etichete de vopsea fluorescentă de transfer de energie - ambele utilizate în secvențiatorii ADN de azi - lucrează la un instrument care ar folosi aceste tehnologii pentru a cerceta praful de pe Marte pentru dovezi de viață. -acizii aminoacizi, blocurile de construcție ale proteinelor.
Studenta absolventă Alison Skelley la Rock Garden, unul dintre site-urile din deșertul Atacama din Chile, unde cercetătorii au prelevat sol pentru aminoacizi în pregătirea trimiterii unui instrument pe Marte pentru a căuta semne de viață. Ruinele orașului Yunguy sunt pe fundal. (Foto cu amabilitate laborator Richard Mathies / UC Berkeley)
Cu două subvenții de dezvoltare de la NASA, în valoare totală de aproape 2,4 milioane de dolari, el și membrii echipei de la Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la California Institute of Technology și UC San Diego's Scripps Institution of Oceanography speră să construiască un Mars Organic Analyzer pentru a zbura la bordul NASA, misiunea robotică Mars Science Laborator și / sau misiunea ExoMars a Agenției Spațiale Europene, ambele programate pentru lansare în 2009. Propunerea ExoMars este în colaborare cu Pascale Ehrenfreund, profesor asociat de astrochimie la Universitatea din Leiden, în Olanda.
The Organic Organic Analyzer, denumit MOA, nu are în vedere doar semnătura chimică a aminoacizilor, ci testele pentru o caracteristică critică a aminoacizilor care se bazează pe viață: toți sunt stângaci. Aminoacizii pot fi obținuți prin procese fizice din spațiu - se găsesc deseori la meteoriți - dar sunt la fel de stânga și de dreapta. Dacă aminoacizii de pe Marte au preferința pentru aminoacizii stângaci sau invers, ei ar fi putut veni doar dintr-o formă de viață de pe planetă, a spus Mathies.
„Simțim că măsurarea homochiralității - prevalența unui tip de predare asupra altuia - ar fi o dovadă absolută a vieții”, a spus Mathies, un membru al UC Berkeley al Institutului din California pentru Cercetări Biomedicale Cantitative (QB3). „De aceea ne-am concentrat pe acest tip de experiment. Dacă mergem pe Marte și găsim aminoacizi, dar nu le măsurăm chiralitatea, ne vom simți foarte prosti. Instrumentul nostru îl poate face. ”
MOA este unul dintre o varietate de instrumente în curs de dezvoltare cu finanțare NASA pentru a căuta prezența moleculelor organice pe Marte, cu propuneri finale pentru misiunea din 2009, care va avea loc la mijlocul lunii iulie. Mathies și colegii lui Jeffrey Bada din Scripps și Frank Grunthaner din JPL, care intenționează să depună singura propunere care testează manevra aminoacizilor, au pus analiza la încercare și au arătat că funcționează. Detaliile propunerii lor sunt acum pe Web la http://astrobiology.berkeley.edu.
În februarie, studentul absolvent Alison Skelley, Grunthaner și UC Berkeley, au călătorit în deșertul Atacama din Chile pentru a vedea dacă detectorul de aminoacizi - numit detectorul organic Mars, sau MOD - ar putea găsi aminoacizi în cea mai uscată regiune a planetei. MOD a reușit cu ușurință. Cu toate acestea, pentru că a doua jumătate a experimentului - „laboratorul pe chip” care testează predarea aminoacizilor - nu a fost încă căsătorit cu MOD, cercetătorii au readus probele la UC Berkeley pentru acea parte a Test. Skelley a încheiat cu succes aceste experimente demonstrând compatibilitatea sistemului lab-on-a-chip cu MOD.
„Dacă nu puteți detecta viața în regiunea Yungay din deșertul Atacama, nu aveți nicio treabă la Marte”, a spus Mathies, referindu-se la regiunea deșertică din Chile, unde echipajul a stat și a efectuat unele dintre testele lor.
Mathies, care în urmă cu 12 ani a dezvoltat primii separatori de electroforeză cu capilară, comercializați de Amersham Biosciences în secvențialele lor rapide de ADN, este încrezător că îmbunătățirile grupului său în ceea ce privește tehnologia utilizată în proiectul genomului se vor integra perfect în proiectele de explorare a planetei Marte.
„Cu genul de tehnologie microfluidică pe care am dezvoltat-o și capacitatea noastră de a face tablouri de analizatori in situ care efectuează experimente foarte simple relativ ieftin, nu este necesar să avem oameni pe Marte pentru a realiza analize valoroase”, a spus el. „Până în prezent, am arătat că acest sistem poate detecta viața într-o amprentă și că putem face o analiză completă în domeniu. Suntem foarte încântați de posibilitățile viitoare. ”
Bada, chimist marin, este exobiologul echipei, dezvoltând în urmă cu aproape o duzină de ani un mod inedit de a testa aminoacizii, aminele (produsele de degradare a aminoacizilor) și hidrocarburile aromatice policiclice, compuși organici comuni în univers. Acest experiment, MOD, a fost selectat pentru o misiune din 2003 pe Marte, care a fost anulată când s-a prăbușit Mars Polar Lander în 1999.
De atunci, Bada a făcut echipă cu Mathies pentru a dezvolta un instrument mai ambițios care combină un MOD îmbunătățit cu noua tehnologie pentru identificarea și testarea chiralității aminoacizilor detectați.
Scopul final este de a găsi dovada vieții pe Marte. Landers vikingi din anii 1970 au testat fără succes moleculele organice de pe Marte, dar sensibilitatea lor a fost atât de scăzută încât nu ar fi reușit să detecteze viața, chiar dacă ar exista un milion de bacterii pe gram de sol, a spus Bada. Acum, când NASA traversează spiritul și oportunitatea au arătat aproape sigur că apa stătătoare a existat odată la suprafață, scopul este de a găsi molecule organice.
MODul Bada este proiectat să încălzească probele de sol marțian și, la presiunile scăzute la suprafață, să vaporizeze orice molecule organice care pot fi prezente. Vaporii se condensează apoi pe un deget rece, o capcană răcită la temperatura nocturnă a lui Marte, aproximativ 100 de grade sub zero Fahrenheit. Degetul rece este acoperit cu urme de coloranți fluorescamine care se leagă numai de aminoacizi, astfel încât orice semnal fluorescent indică faptul că sunt prezenți aminoacizi sau amine.
„În momentul de față, suntem capabili să detectăm un trilion de gram de aminoacizi într-un gram de sol, care este de un milion de ori mai bun decât Viking”, a spus Bada.
Sistemul de electroforeză capilară adăugată strecoară lichidul condensat de pe degetul rece și îl sifonează într-un laborator pe chip cu pompe și supape încorporate care direcționează substanțele chimice din trecut care ajută la identificarea aminoacizilor și verifică dacă există mâna sau chiralitate .
"MOD este o primă etapă de interogare în care eșantionul este examinat pentru prezența oricărei specii fluorescente, inclusiv aminoacizi", a spus Skelley. „Apoi, instrumentul de electroforeză capilară face analiza celei de-a doua etape, unde de fapt rezolvăm acele specii diferite și putem spune care sunt. Cele două instrumente sunt concepute pentru a se completa și construi unul pe celălalt. "
„Rich a luat acest experiment în următoarea dimensiune. Avem într-adevăr un sistem care funcționează ”, a spus Bada. „Când am început să mă gândesc la teste pentru chiralitate și am vorbit pentru prima dată cu Rich, aveam idei conceptuale, dar nimic care funcționa de fapt. El a dus-o la punctul în care avem un instrument portabil onest către Dumnezeu. ”
Aminoacizii, blocurile de proteine, pot exista sub două forme de imagine în oglindă, desemnate L (levo) pentru stânga și D (dextro) pentru dreapta. Toate proteinele de pe Pământ sunt compuse din aminoacizi de tip L, permițând unui lanț să se plieze frumos într-o proteină compactă.
După cum o descrie Mathies, testul chiralității profită de faptul că aminoacizii stânga se potrivesc mai bine într-un „mitt” chimic din stânga și aminoacizi cu mâna dreaptă într-o manșetă dreaptă. Dacă atât aminoacizii stângați cât și cei drepți călătoresc pe un tub capilar subțire, căptușit cu mitt-uri stângi, cei stângați vor călători mai încet, deoarece se strecoară în mitturi pe parcurs. A spus un politician de stânga care lucrează o mulțime. Va muta mai încet cu cât mai stângaci în mulțime, pentru că aceștia sunt singurii oameni cu care va da mâna. În acest caz, manșonul din stânga este un produs chimic numit ciclodextrină.
Dintre aminoacizi diferiți - există 20 de tipuri diferite utilizate de oameni - călătoresc, de asemenea, pe tub, la diferite rate, ceea ce permite identificarea parțială a celor prezenți.
"După ce aminoacizii sunt detectați prin MOD, soluția de aminoacizi marcată este pompată în microfluidice și separată crud prin încărcare", a spus Mathies. „Mobilitatea aminoacizilor ne spune ceva despre încărcătură și dimensiune și, atunci când sunt prezente ciclodextrine, dacă avem un amestec racemic, adică o cantitate egală de aminoacizi stânga și dreapta. Dacă o facem, aminoacizii ar putea fi non-biologici. Dar dacă vedem un exces chiral, știm că aminoacizii trebuie să fie de origine biologică. ”
Chip-ul de ultimă generație proiectat și construit de Skelley este format din canale gravate prin tehnici fotolitografice și un sistem de pompare microfluidic sandwiched într-un disc de patru straturi cu diametrul de patru centimetri, cu straturile conectate prin canale găurite. Minusculele valve și pompe microfabricate sunt create din două straturi de sticlă cu o membrană flexibilă de polimer (PDMS sau polidimetilsiloxan) între ele, deplasată în sus și în jos folosind o sursă de presiune sau vid. Chimistul fizic UC Berkeley, James Scherer, care a proiectat instrumentul de electroforeză capilară, a dezvoltat, de asemenea, un detector de fluorescență sensibil, care citește rapid modelul de pe cip.
Una dintre subvențiile actuale ale echipei NASA este pentru dezvoltarea unui laborator de microfabricate organice de nouă generație, sau MOL, pentru a zbura spre Marte, luna Europa a lui Jupiter sau poate o cometă și a realiza teste chimice și mai elaborate în căutarea unui set mai complet de organice molecule, inclusiv acizii nucleici, unitățile structurale ale ADN-ului. Deocamdată, cu toate acestea, obiectivul este un instrument gata până în 2009 pentru a depăși experimentele actuale la bordul roverelor Mars 2003 și pentru a căuta aminoacizi.
„Trebuie să vă amintiți, până acum nu am detectat niciun material organic pe Marte, deci ar fi un pas extraordinar înainte”, a spus Bada. „În vânătoarea vieții, există două cerințe: apa și compușii organici. Datorită descoperirilor recente ale rovers-urilor de pe Marte care sugerează faptul că apa este prezentă, restul necunoscut este compușii organici. Acesta este motivul pentru care ne concentrăm pe acest lucru.
"The Organic Organic Analyzer este un experiment foarte puternic, iar marea noastră speranță este să găsim nu numai aminoacizi, ci aminoacizi care ar părea că ar putea proveni dintr-un fel de entitate vie."
Sursa originală: Comunicat de presă Berkeley
