O miniPCR é usado para uma variedade de investigações genéticas para ajudar os astronautas a amplificar rapidamente, ou fazer cópias de, uma única sequência de DNA. Crédito:NASA
O que os astronautas, micróbios, e todas as plantas têm em comum? Cada um depende do ácido desoxirribonucléico (DNA) - essencialmente um código de computador para seres vivos - para crescer e prosperar.
O estudo do DNA no espaço pode levar a uma melhor compreensão do impacto da microgravidade nos organismos vivos e também pode oferecer maneiras de identificar micróbios desconhecidos em espaçonaves, humanos e os locais do espaço profundo que procuramos visitar. O tamanho microscópico do DNA, Contudo, pode criar alguns grandes desafios para estudá-lo a bordo da Estação Espacial Internacional.
A maioria dos equipamentos de pesquisa molecular baseados na Terra é grande e requer uma quantidade significativa de energia para funcionar. Essas são duas características que podem ser difíceis de suportar a bordo do laboratório orbital, portanto, as amostras de pesquisas anteriores que exigiam amplificação e sequenciamento de DNA tiveram que ser armazenadas no espaço até que pudessem ser enviadas de volta à Terra a bordo de uma espaçonave de carga, aumentando o tempo necessário para obter resultados.
Contudo, tudo isso mudou em poucos anos, enquanto a NASA trabalhava para encontrar novas soluções para testes moleculares rápidos em vôo a bordo da estação espacial.
"Precisamos fazer com que as máquinas sejam compactas, portátil, robusto, e independente de muita geração de energia para permitir testes mais ágeis no espaço, "A astronauta e bióloga molecular da NASA Kate Rubins disse em um downlink de 2016 com o National Institutes of Health.
O astronauta da NASA Ricky Arnold prepara o miniPCR para Genes no Espaço-5, um estudante planejou uma investigação estudando alterações no DNA que podem levar ao enfraquecimento da imunidade. Crédito:NASA
O resultado? Um conjunto avançado de ferramentas de mesa e do tamanho da palma da mão, incluindo MinION, miniPCR, e Wet-Lab-2, e mais ferramentas e processos no horizonte.
Os testes de DNA baseados no espaço decolaram em 2016 com o Biomolecule Sequencer. Composto pelo sequenciador MinION e um tablet Surface Pro 3 para análise, a ferramenta foi usada para sequenciar o DNA no espaço pela primeira vez com Rubins no comando.
Em 2017, essa ferramenta foi usada novamente para Genes in Space-3, enquanto a astronauta da NASA Peggy Whitson coletou e testou amostras de crescimento microbiano ao redor da estação. Ao lado do MinION, os astronautas também testaram o miniPCR, um termociclador usado para realizar a reação em cadeia da polimerase. Juntas, essas plataformas forneceram a identificação de micróbios de estações desconhecidas pela primeira vez do espaço.
Astronauta Kate Rubins trabalhando com Wet Lab-2, uma ferramenta para análise quantitativa de expressão gênica definida para mais testes neste ano. Crédito:NASA
Este ano, essas capacidades de teste se traduziram em um portfólio ainda mais forte de pesquisa focada no DNA para o cronograma de ciência acelerado do laboratório orbital. Por exemplo, miniPCR está sendo usado para testar sistemas imunológicos enfraquecidos e alterações de DNA como parte de uma investigação projetada por estudantes conhecida como Genes no Espaço-5. O estudo espera revelar mais sobre a saúde dos astronautas e possíveis mudanças relacionadas ao estresse no DNA criado por voos espaciais. Adicionalmente, A instalação do WetLab-2 é um conjunto de ferramentas a bordo da estação projetada para processar amostras biológicas para análise de expressão gênica em tempo real. Mais ferramentas para preencher as oportunidades completas de estudos moleculares no laboratório orbital estão chegando ao espaço em breve.
"A mini revolução começou, "disse Sarah Wallace, O principal investigador da NASA para a próxima investigação da Tecnologia de Seqüenciamento e Extração de Biomoléculas (BEST). "Estes são muito pequenos, ferramentas eficientes. Temos um laboratório molecular bem equipado na estação e dispositivos com o tamanho ideal para voos espaciais. "
O BEST irá comparar os testes de swab para sequenciador de micróbios desconhecidos a bordo da estação espacial com os métodos atuais baseados em cultura.
"Vemos mudanças na expressão do gene em resposta ao voo espacial para cada ser vivo em que o procuramos, "disse Wallace." Estudar essas mudanças é fundamental para entender as adaptações aos voos espaciais e também fornece o potencial para descobrir novas respostas que podem resultar em tratamentos alternativos de saúde na Terra. "
Embora o reabastecimento e o suporte terrestre estejam disponíveis para os astronautas a bordo da estação espacial, missões além da órbita baixa da Terra exigirão que as tripulações confiem nesses novos tecnologias que economizam espaço para rastrear sua saúde ao longo do tempo e monitorar riscos potenciais à saúde que vivem ao lado deles. Rápido, processos confiáveis de sequenciamento e identificação podem manter os exploradores mais seguros em missões no espaço profundo. Na terra, essas tecnologias podem tornar a pesquisa genética mais acessível, acessível e móvel.
