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太空站测序:探索宇宙空间中的未知微生物

NASA宇航员Kate Rubins在Biomolecular Sequencer研究的首个样本初始化运行期间与minION测序仪的合照,图片来源:NASA

建立在太空中DNA测序的能力和已有研究基础上,Genes in Space-3计划是为了获取、测序和鉴别完全来自太空的未知生物。2016年NASA宇航员Kate Rubins在国际空间站飞船上对DNA进行测序成为了一个转折点,在太空中进行的DNA测序是Biomolecule Sequencer研究中重要的部分。

虽然没有科幻电影那样充满魔幻色彩,但空间站的墙面和表面常常会存在未知微生物的生长。而目前判断这些污染物的唯一方法是取样后送回地球。

来自NASA约翰逊航天中心的微生物学家Sarah Wallace是该项目的主要研究人员,她表示,“空间站的个别区域会出现污染物,我们可以看见真菌或者从被堵住的水管中掏出生物材料,但是我们只能把这些样本带回实验室才能才能判断它是什么。”

Wallace 表示,“在国际空间站(ISS),我们可以定期补给消毒液,但是当我们超越近地轨道,补给就没那么频繁了,因此了解消毒液能否处理这些微生物非常重要。”

在NASA约翰逊航天中心和美国波音公司合作下,这项由ISS国际实验室资助的研究将结合两项已有的航天技术(miniPCR和MinION)来改变这个过程,进而实现太空中的首个未知生物样本的制备、测序和识别工作。

NASA航天员Kate Rubins虽然不是第一个在太空进行DNA测序的人员,但是她在空间站期间完成的测序量已经超过了一百万个碱基,图片来源:NASA

首次在空间站使用miniPCR仪器是在Genes in Space-1项目期间,随后立即被应用于Genes in Space-2项目的研究中。Genes in Space-1成功证明miniPCR可应用于微重力环境中的DNA扩增。第二次研究已于今年4月22日在空间站开展,并将在今年夏天进行检测。

接下来研究人员开展了Biomolecule Sequencer的研究,研究成功测试了在轨道实验室中使用MinION进行测序的能力。

NASA 生物化学专家及Genes in Space-3的研究员Aaron Burton表示,“这些不同设备的结合使用促使我们将实验室带到样本环境中,而不是将样本带回实验室。”

机组人员将收集空间站中的样本并在轨道实验室中培养。该准备过程与Genes in Space-1研究期间使用miniPCR的过程很相似,最后会使用MinION测序仪进行测序和鉴定。

Genes in Space比赛中的获胜者Anna-Sophia Boguraev与miniPCR仪器合照。在空间站中将同时使用miniPCR和minION进行微生物样本制备和测序

“国家空间站内的环境十分干净。”项目科学家、微生物学家Sarah Stahl说,“我们发现了很多与人类相关微生物,包括大多数常见细菌,例如葡萄球菌和芽孢杆菌,以及不同种类的真菌,例如曲霉菌和青霉菌。”

该技术除了识别太空中的微生物外,还可用于实时诊断机组成员的外伤等疾病,帮助鉴定其他星球上基于DNA的生命体等空间站的研究。

“Genes in Space-3研究过程通过促进现代和下一代ISS研究人员最先进的分子生物学研究,将增加ISS的科研能力,” NASA 航天工程师及Genes in Space-3工程师Kristen John说,“研究小组非常关注创建一个航天认证的常规实验室条款和试剂目录,以及开发常见方法和简易定制的miniPCR和MinION的反应条件,以确保其他ISS研究人员可以使用这种技术。”

该过程还将帮助科学家们在太空中进行实时实验,更精确有效地利用时间。此外,在无法建立相关实验室的区域,这个过程还可以用于提供实时的病毒诊断。

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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