Πιστωτική εικόνα: UC Berkeley
Η ίδια τεχνολογία αιχμής που επιτάχυνε τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος θα μπορούσε, μέχρι το τέλος της δεκαετίας, να μας πει για πάντα εάν υπήρχε ζωή στον Άρη, σύμφωνα με χημικό του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ.
Ο Richard Mathies, καθηγητής χημείας της UC Berkeley και προγραμματιστής των πρώτων τριχοειδών συστοιχιών ηλεκτροφόρησης και νέων ετικετών φθορισμού μεταφοράς ενέργειας - και οι δύο που χρησιμοποιούνται στους σημερινούς αλληλουχούς DNA - βρίσκεται σε εξέλιξη σε ένα όργανο που θα χρησιμοποιούσε αυτές τις τεχνολογίες για να ανιχνεύσει τη σκόνη του Άρη για στοιχεία ζωής -με βάση αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.
Ο απόφοιτος φοιτητής Alison Skelley στο Rock Garden, ένας από τους ιστότοπους στην έρημο Atacama της Χιλής, όπου ερευνητές δειγματοληψία εδάφους για αμινοξέα ως προετοιμασία για την αποστολή ενός οργάνου στον Άρη για να αναζητήσουν σημάδια ζωής. Τα ερείπια της πόλης Yunguy βρίσκονται στο παρασκήνιο. (Φωτογραφία ευγενική προσφορά του εργαστηρίου Richard Mathies / UC Berkeley)
Με δύο επιχορηγήσεις ανάπτυξης από τη NASA συνολικού ύψους περίπου 2,4 εκατομμυρίων δολαρίων, αυτός και τα μέλη της ομάδας από το Jet Propulsion Laboratory (JPL) στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και το Ίδρυμα Ωκεανογραφίας Scripps του UC San Diego ελπίζουν να δημιουργήσουν έναν οργανικό αναλυτή του Άρη για να πετάξουν στο περιπλανητικό της NASA, ρομποτική αποστολή Mars Science Laboratory ή / και η αποστολή ExoMars της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, και οι δύο έχουν προγραμματιστεί να ξεκινήσουν το 2009. Η πρόταση ExoMars είναι σε συνεργασία με τον Pascale Ehrenfreund, αναπληρωτή καθηγητή αστροχημείας στο Πανεπιστήμιο του Λάιντεν στην Ολλανδία.
Ο Mars Organic Analyzer, που ονομάζεται MOA, αναζητά όχι μόνο τη χημική υπογραφή των αμινοξέων, αλλά δοκιμάζει ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό των αμινοξέων που βασίζονται στη ζωή: Είναι όλοι αριστερόχειρες. Τα αμινοξέα μπορούν να παρασκευαστούν με φυσικές διεργασίες στο διάστημα - βρίσκονται συχνά σε μετεωρίτες - αλλά είναι εξίσου αριστερά και δεξιά. Εάν τα αμινοξέα στον Άρη προτιμούν τα αμινοξέα αριστερά ή δεξιά, ή το αντίστροφο, θα μπορούσαν να προέρχονται μόνο από κάποια μορφή ζωής στον πλανήτη, δήλωσε ο Mathies.
«Αισθανόμαστε ότι η μέτρηση της ομοχημικότητας - η επικράτηση ενός τύπου παραβίασης έναντι ενός άλλου - θα ήταν απόλυτη απόδειξη της ζωής», δήλωσε ο Mathies, μέλος του UC Berkeley του Ινστιτούτου ποσοτικών βιοϊατρικών ερευνών της Καλιφόρνια (QB3). «Γι 'αυτό επικεντρωθήκαμε σε αυτό το είδος πειράματος. Αν πάμε στον Άρη και βρούμε αμινοξέα, αλλά δεν μετρήσουμε τη χειρονομία τους, θα αισθανθούμε πολύ ανόητοι. Το όργανο μας μπορεί να το κάνει. "
Το MOA είναι ένα από τα ποικίλα μέσα που βρίσκονται υπό ανάπτυξη με χρηματοδότηση της NASA για την αναζήτηση της παρουσίας οργανικών μορίων στον Άρη, με τελικές προτάσεις για την αποστολή του 2009 που αναμένεται στα μέσα Ιουλίου. Ο Mathies και οι συνάδελφοί του Jeffrey Bada of Scripps και Frank Grunthaner της JPL, οι οποίοι σκοπεύουν να υποβάλουν τη μόνη πρόταση που δοκιμάζει την ακεραιότητα των αμινοξέων, έθεσαν τον αναλυτή στη δοκιμή και έδειξαν ότι λειτουργεί. Οι λεπτομέρειες της πρότασής τους βρίσκονται τώρα στο Διαδίκτυο στη διεύθυνση http://astrobiology.berkeley.edu.
Τον Φεβρουάριο, ο Grunthaner και ο μεταπτυχιακός φοιτητής του UC Berkeley, Alison Skelley, ταξίδεψαν στην έρημο Atacama της Χιλής για να δουν αν ο ανιχνευτής αμινοξέων - που ονομάζεται Mars Organic Detector ή MOD - θα μπορούσε να βρει αμινοξέα στην ξηρότερη περιοχή του πλανήτη. Το MOD πέτυχε εύκολα. Ωστόσο, επειδή το δεύτερο μισό του πειράματος - το "lab-on-a-chip" που δοκιμάζει την αντοχή αμινοξέων - δεν είχε ακόμη παντρευτεί με το MOD, οι ερευνητές έφεραν τα δείγματα πίσω στο UC Berkeley για αυτό το μέρος του δοκιμή. Η Skelley ολοκλήρωσε με επιτυχία αυτά τα πειράματα, αποδεικνύοντας τη συμβατότητα του συστήματος lab-on-a-chip με το MOD.
"Εάν δεν μπορείτε να εντοπίσετε τη ζωή στην περιοχή Yungay της ερήμου Atacama, δεν έχετε καμία επιχείρηση να πάτε στον Άρη", δήλωσε ο Mathies, αναφερόμενος στην περιοχή της ερήμου στη Χιλή όπου το πλήρωμα έμεινε και πραγματοποίησε μερικές από τις δοκιμές τους.
Ο Mathies, που πριν από 12 χρόνια ανέπτυξε τους πρώτους διαχωριστές ηλεκτροφόρησης τριχοειδών συστοιχιών που κυκλοφόρησαν από την Amersham Biosciences στους γρήγορους αλληλουχίες DNA τους, είναι πεπεισμένος ότι οι βελτιώσεις της ομάδας του στην τεχνολογία που χρησιμοποιείται στο έργο γονιδιώματος θα τροφοδοτήσουν τέλεια τα έργα εξερεύνησης του Άρη.
«Με το είδος της μικρο-ρευστής τεχνολογίας που έχουμε αναπτύξει και την ικανότητά μας να κάνουμε συστοιχίες in situ αναλυτών που διεξάγουν πολύ απλά πειράματα σχετικά φθηνά, δεν χρειάζεται να έχουμε ανθρώπους στον Άρη να πραγματοποιήσουν πολύτιμες αναλύσεις», είπε. «Μέχρι στιγμής, έχουμε δείξει ότι αυτό το σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει τη ζωή με δακτυλικό αποτύπωμα και ότι μπορούμε να κάνουμε μια πλήρη ανάλυση στο πεδίο. Είμαστε πραγματικά ενθουσιασμένοι για τις μελλοντικές δυνατότητες. "
Ο Bada, ένας θαλάσσιος χημικός, είναι ο εξωβιολόγος της ομάδας, έχοντας αναπτύξει πριν από περίπου δώδεκα χρόνια έναν νέο τρόπο δοκιμών για αμινοξέα, αμίνες (προϊόντα αποικοδόμησης αμινοξέων) και πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, οργανικές ενώσεις κοινές στο σύμπαν. Αυτό το πείραμα, MOD, επιλέχθηκε για μια αποστολή του 2003 στον Άρη που διαλύθηκε όταν το Mars Polar Lander συνετρίβη το 1999.
Έκτοτε, ο Bada συνεργάστηκε με τον Mathies για να αναπτύξει ένα πιο φιλόδοξο όργανο που συνδυάζει ένα βελτιωμένο MOD με τη νέα τεχνολογία για τον εντοπισμό και τη δοκιμή της χειρομορφίας των αμινοξέων που εντοπίστηκαν.
Ο απώτερος στόχος είναι να βρούμε απόδειξη της ζωής στον Άρη. Οι Viking προσγειώθηκαν τη δεκαετία του 1970 δοκιμάστηκαν ανεπιτυχώς για οργανικά μόρια στον Άρη, αλλά η ευαισθησία τους ήταν τόσο χαμηλή που θα είχαν αποτύχει να ανιχνεύσουν τη ζωή ακόμα και αν υπήρχαν ένα εκατομμύριο βακτήρια ανά γραμμάριο εδάφους, δήλωσε ο Bada. Τώρα που το Spirit and Opportunity της NASA έχει δείξει σχεδόν σίγουρα ότι υπήρχε όρθιο νερό στην επιφάνεια, ο στόχος είναι να βρεθούν οργανικά μόρια.
Το Bada's MOD έχει σχεδιαστεί για να θερμαίνει δείγματα εδάφους του Άρη και, στις χαμηλές πιέσεις στην επιφάνεια, εξατμίζει τυχόν οργανικά μόρια που ενδέχεται να υπάρχουν. Στη συνέχεια, ο ατμός συμπυκνώνεται σε ένα κρύο δάχτυλο, μια παγίδα που ψύχεται στη θερμοκρασία της νύχτας του Άρη, περίπου 100 βαθμούς κάτω από το μηδέν Φαρενάιτ. Το κρύο δάχτυλο είναι επικαλυμμένο με ιχνηθέτες χρωστικής φθοροκαμίνης που δεσμεύονται μόνο με αμινοξέα, έτσι ώστε οποιοδήποτε φθορίζον σήμα να δείχνει ότι υπάρχουν αμινοξέα ή αμίνες.
«Αυτή τη στιγμή, είμαστε σε θέση να εντοπίσουμε το ένα τρισεκατομμύριο ενός γραμμαρίου αμινοξέων σε ένα γραμμάριο εδάφους, το οποίο είναι ένα εκατομμύριο φορές καλύτερο από το Βίκινγκ», δήλωσε ο Μπάδα.
Το προστιθέμενο τριχοειδές σύστημα ηλεκτροφόρησης απορροφά το συμπυκνωμένο υγρό από το κρύο δάχτυλο και το αναρροφά σε ένα εργαστήριο-σε-ένα τσιπ με ενσωματωμένες αντλίες και βαλβίδες που κατευθύνουν το υγρό μετά από χημικές ουσίες που βοηθούν στον εντοπισμό των αμινοξέων και ελέγχουν για χειρονομία ή χειραλία .
"Το MOD είναι ένα πρώτο στάδιο ανάκρισης όπου το δείγμα εξετάζεται για την παρουσία οποιουδήποτε είδους φθορισμού συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων", δήλωσε ο Skelley. «Στη συνέχεια, το τριχοειδές όργανο ηλεκτροφόρησης κάνει την ανάλυση του δεύτερου σταδίου, όπου πραγματικά επιλύουμε αυτά τα διαφορετικά είδη και μπορούμε να πούμε τι είναι. Τα δύο όργανα έχουν σχεδιαστεί για να συμπληρώνουν και να χτίζουν το ένα το άλλο. "
«Ο Rich έχει μεταφέρει αυτό το πείραμα στην επόμενη διάσταση. Έχουμε πραγματικά ένα σύστημα που λειτουργεί », είπε ο Bada. «Όταν άρχισα να σκέφτομαι τις δοκιμές για τη χειρομορφία και μιλήσαμε για πρώτη φορά στον Rich, είχαμε εννοιολογικές ιδέες, αλλά τίποτα δεν λειτουργούσε πραγματικά. Το έχει φτάσει στο σημείο όπου έχουμε ένα φορητό όργανο έντιμου προς τον Θεό. "
Τα αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών, μπορούν να υπάρχουν σε δύο μορφές καθρέφτη, που ορίζονται L (levo) για αριστερόχειρες και D (dextro) για δεξιόχειρες. Όλες οι πρωτεΐνες στη Γη αποτελούνται από αμινοξέα του τύπου L, επιτρέποντας σε μια αλυσίδα να αναδιπλώνεται όμορφα σε μια συμπαγή πρωτεΐνη.
Όπως το περιγράφει ο Mathies, το τεστ για τη χειρομορφία εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι τα αριστερά αμινοξέα ταιριάζουν πιο άνετα σε ένα αριστερό χημικό «γάντι» και τα δεξιόχειρα αμινοξέα σε ένα δεξί γάντι. Εάν τόσο τα αριστερά όσο και τα δεξιά αμινοξέα ταξιδεύουν κάτω από έναν λεπτό τριχοειδή σωλήνα επενδεδυμένο με γάντι αριστερά, τα αριστερά θα ταξιδεύουν πιο αργά επειδή γλιστρούν στα γάντια κατά μήκος της διαδρομής. Είναι σαν ένας αριστερός πολιτικός που εργάζεται σε πλήθος, είπε. Θα κινείται πιο αργά τα πιο αριστερά άτομα στο πλήθος, γιατί αυτά είναι τα μόνα άτομα με τα οποία θα χειραψήσει. Σε αυτήν την περίπτωση, το αριστερό γάντι είναι μια χημική ουσία που ονομάζεται κυκλοδεξτρίνη.
Διαφορετικά αμινοξέα - υπάρχουν 20 διαφορετικά είδη που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο - ταξιδεύουν επίσης κάτω από το σωλήνα με διαφορετικούς ρυθμούς, κάτι που επιτρέπει τη μερική αναγνώριση αυτών που υπάρχουν.
«Μετά την ανίχνευση αμινοξέων με MOD, το επισημασμένο διάλυμα αμινοξέων αντλείται προς τα κάτω σε μικρορευστοποιητικά και διαχωρίζεται με ακρίβεια με φορτίο», δήλωσε ο Mathies. «Η κινητικότητα των αμινοξέων μας λέει κάτι για το φορτίο και το μέγεθος και, όταν υπάρχουν κυκλοδεξτρίνες, αν έχουμε ρακεμικό μείγμα, δηλαδή, ίση ποσότητα αμινοξέων αριστερά και δεξιά. Αν το κάνουμε, τα αμινοξέα θα μπορούσαν να είναι μη βιολογικά. Αλλά αν δούμε μια χειραλική περίσσεια, γνωρίζουμε ότι τα αμινοξέα πρέπει να είναι βιολογικής προέλευσης. "
Το τελευταίας τεχνολογίας τσιπ που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τη Skelley αποτελείται από κανάλια χαραγμένα με φωτολιθογραφικές τεχνικές και ένα μικρο-υγρό σύστημα άντλησης που τοποθετείται σε δίσκο τεσσάρων στρωμάτων σε διάμετρο τεσσάρων ιντσών, με τα στρώματα που συνδέονται με διατρημένα κανάλια. Οι μικροσκοπικές βαλβίδες και οι αντλίες δημιουργούνται από δύο γυάλινες στοιβάδες με μια μεμβράνη εύκαμπτου πολυμερούς (PDMS ή πολυδιμεθυλοσιλοξάνης), μετακινηθεί πάνω-κάτω χρησιμοποιώντας μια πηγή πίεσης ή κενού. Ο φυσικός χημικός της UC Berkeley, James Scherer, ο οποίος σχεδίασε το τριχοειδές όργανο ηλεκτροφόρησης, ανέπτυξε επίσης έναν ευαίσθητο ανιχνευτή φθορισμού που διαβάζει γρήγορα το μοτίβο στο τσιπ.
Μία από τις τρέχουσες επιχορηγήσεις της NASA της ομάδας είναι για την ανάπτυξη ενός Μικροσυσσωματωμένου Οργανικού Εργαστηρίου επόμενης γενιάς, ή του MOL, για να πετάξει στον Άρη, στο φεγγάρι του Δία του Europa ή ίσως σε έναν κομήτη και να διεξάγει ακόμη πιο περίπλοκες χημικές δοκιμές σε αναζήτηση ενός πιο πλήρους συνόλου οργανικών μόρια, συμπεριλαμβανομένων των νουκλεϊκών οξέων, των δομικών μονάδων του DNA. Προς το παρόν, ωστόσο, ο στόχος είναι ένα όργανο που θα είναι έτοιμο έως το 2009 για να ξεπεράσει τα τρέχοντα πειράματα πάνω στο rover Mars 2003 και να αναζητήσει αμινοξέα.
«Πρέπει να θυμάστε, μέχρι στιγμής δεν έχουμε εντοπίσει κανένα οργανικό υλικό στον Άρη, έτσι θα ήταν ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός», δήλωσε ο Μπάδα. «Στο κυνήγι της ζωής, υπάρχουν δύο απαιτήσεις: νερό και οργανικές ενώσεις. Με τα πρόσφατα ευρήματα των Mars rover που υποδηλώνουν ότι υπάρχει νερό, το υπόλοιπο άγνωστο είναι οργανικές ενώσεις. Γι 'αυτό επικεντρωνόμαστε σε αυτό.
«Το Mars Organic Analyzer είναι ένα πολύ ισχυρό πείραμα και η μεγάλη μας ελπίδα είναι να βρούμε όχι μόνο αμινοξέα, αλλά και αμινοξέα που μοιάζουν να μπορούσαν να προέρχονται από κάποιο είδος ζωντανής οντότητας».
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων Berkeley
