Estudar o reparo do DNA é a chave para a futura exploração espacial, que pode expor os humanos ao risco de danos ao DNA causados ​​pela radiação. As condições no espaço também podem afetar a maneira como o corpo repara esses danos, potencialmente agravando esse risco.

Graças ao trabalho de quatro alunos, uma equipe de pesquisadores, e o primeiro uso no espaço da técnica de edição do genoma CRISPR, uma investigação recente a bordo da Estação Espacial Internacional gerou com sucesso quebras no DNA de uma levedura comum, direcionou o método de reparo, e sequenciou o DNA corrigido para determinar se sua ordem original foi restaurada. Os pesquisadores do Genes in Space-6 relataram esta primeira conclusão de todo o processo no espaço em um artigo publicado em PLOS ONE .

Esses resultados expandem significativamente o kit de ferramentas de biologia molecular da estação espacial, permitindo estudos de reparo de DNA e uma variedade de outras investigações biológicas em microgravidade.

O corpo repara quebras de fita dupla no DNA - a separação de ambas as fitas entrelaçadas da dupla hélice - uma de duas maneiras principais. Em um método, bases podem ser adicionadas ou excluídas. O outro método reúne as fitas sem alterar a sequência de DNA. Preocupações técnicas e de segurança impediram o estudo desses processos de reparo a bordo da estação espacial até agora.

Genes in Space-6 foi ideia de quatro estudantes de Minnesota:Aarthi Vijayakumar, Michelle Sung, Rebecca Li, e David Li. Eles ganharam a oportunidade de participar desta pesquisa como parte do programa Genes in Space, um concurso nacional que desafia os alunos do 7º ao 12º ano a projetar experimentos de análise de DNA usando o ISS U.S. National Lab e ferramentas a bordo da estação. A equipe também é co-autora do artigo de resultados.

Para gerar quebras de DNA em locais específicos, a equipe usou uma técnica de edição de genoma chamada CRISPR, que significa Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Estes são curtos, sequências repetidas de DNA em bactérias com sequências de DNA viral entre elas. As bactérias transcrevem as sequências de DNA viral em RNA, que então guia uma proteína específica para o DNA viral e o corta. Os cientistas aproveitaram essa resposta imunológica natural para criar a técnica.

Ao usar CRISPR, os pesquisadores podem criar intervalos controlados com precisão em uma localização conhecida do genoma, eliminando possíveis riscos de danos aleatórios. Isso lançou as bases para permitir que o reparo do DNA ocorresse no espaço, proporcionando a oportunidade de obter informações sobre o tipo de mecanismo de reparo usado.

"Entender se um tipo de reparo é menos sujeito a erros tem implicações importantes, "diz Sarah Wallace, microbiologista da Divisão de Pesquisa Biomédica e Ciências Ambientais do Johnson Space Center da NASA em Houston. "Poderia uma terapêutica ser desenvolvida para encorajar um caminho sobre o outro, ou precisamos de mais proteção contra radiação, ou ambos? É importante obter esse entendimento para ajudar a garantir que estamos protegendo a tripulação e ajudando-os a se recuperar da melhor maneira possível. "

Executar todo o processo no espaço - em vez de causar uma pausa, congelar a amostra e enviá-la ao espaço para reparo - torna possível determinar os efeitos das condições do voo espacial, e apenas condições de voos espaciais, no processo.

Genes in Space e outras pesquisas relacionadas ao DNA na estação espacial também produziram avanços no hardware necessário. As ferramentas na Terra não se prestam necessariamente a voos espaciais, diz Sarah Rommel, o autor principal do artigo e pesquisador do Laboratório de Microbiologia de Johnson. "Não podemos pegar exatamente o que temos na Terra e simplesmente colocá-lo no espaço, porque temos que manter a tripulação e todos os sistemas de vida ambiental a bordo seguros. Por exemplo, fizemos nossos próprios kits personalizados para todo o processo, procurando como usar a menor quantidade de materiais mais seguros e ainda obter a melhor ciência. "

"Embora mais trabalho seja necessário para entender as preferências potenciais em relação aos processos de reparo de DNA usados ​​no espaço, este trabalho demonstrou a sofisticação do que pode ser feito com as ferramentas moleculares a bordo, "acrescenta Wallace." Ter um laboratório molecular inteiro no espaço vai explodir o que podemos fazer lá, incluindo investigações mais complexas como este trabalho CRISPR. Também estamos examinando como colocar esses métodos em outros ambientes, como quartos de hospital. A capacidade de gerar dados quase em tempo real pode fornecer um grande benefício ao lidar com a crise de resistência antimicrobiana e em ambientes com recursos limitados. "

Com os resultados confirmando que os pesquisadores agora podem editar precisamente um gene no espaço, Rommel e Wallace esperam que outros pesquisadores comecem a usar essa ferramenta. “Nós validamos que não é muito complicado de fazer no espaço, "Rommel diz." Funcionou como pretendido, e fez o que deveria fazer. "