Kuvan luotto: UC Berkeley
Sama huipputeknologia, joka nopeutti ihmisen perimän sekvensointia, voisi vuosikymmenen loppuun mennessä kertoa meille lopullisesti, oliko Marsilla koskaan elämää, Kalifornian yliopiston, Berkeley, kemian mukaan.
Richard Mathies, UC Berkeleyn kemian professori ja ensimmäisten kapillaarielektroforeesimatriisien ja uusien energiansiirtofluoresenssivärimerkintöjen - joita molemmat käytetään nykypäivän DNA-sekvenssereissä - kehittäjä on parhaillaan työkalulla, joka käyttäisi näitä tekniikoita Marsin pölyn koettimeen todistamiseksi elämästä -pohjaiset aminohapot, proteiinien rakennuspalikat.
Jatko-opiskelija Alison Skelley Rock-puutarhassa, joka on yksi Chilen Atacama-autiomaassa sijaitsevista paikoista, jossa tutkijat ottivat näytteitä aminohappojen maaperästä valmistellessaan laitteen lähettämistä Marsiin etsimään elämän merkkejä. Yunguyn kaupungin rauniot ovat taustalla. (Kuva: Richard Mathies lab / UC Berkeley)
NASA: n kahdella kehitysapurahalla, joiden yhteismäärä on lähes 2,4 miljoonaa dollaria, hän ja joukkueen jäsenet Kalifornian teknillisen instituutin Jet Propulsion Laboratoryn (JPL) ja UC San Diegon Scripps Institution of Oceanography-instituutin toivovat rakentavan Marsin orgaanisen analysaattorin lentääkseen NASA: n reitillä. robotti Mars Science Laboratory -operaatio ja / tai Euroopan avaruusjärjestön ExoMars-operaatio, joiden molemmat on tarkoitus aloittaa vuonna 2009. ExoMars-ehdotus on yhteistyössä Pascale Ehrenfreundin kanssa, joka on Hollannin Leidenin yliopiston astrokemian apulaisprofessori.
Mars Organic Analyzer, nimeltään MOA, ei etsi vain aminohappojen kemiallista allekirjoitusta, vaan testaa elämäpohjaisten aminohappojen kriittisen ominaisuuden: Ne ovat kaikki vasemman käden. Aminohappoja voidaan valmistaa fyysisillä prosesseilla avaruudessa - niitä esiintyy usein meteoriiteissa - mutta ne ovat suunnilleen yhtä vasen- ja oikeakätisiä. Jos Marsin aminohapot ovat parempia kuin vasemmanpuoleiset oikeakätiset aminohapot tai päinvastoin, ne ovat saattaneet olla peräisin vain jostakin planeetan elämänmuodosta, Mathies sanoi.
"Mielestämme homokiraliteetin mittaaminen - yhden tyyppisen kätisyyden esiintyvyys toiseen nähden) olisi ehdoton todiste elämästä", sanoi Mathies, UC Berkeley, Kalifornian kvantitatiivisen biolääketieteellisen tutkimuksen instituutin (QB3) jäsen. ”Siksi keskityimme tämän tyyppiseen kokeiluun. Jos menemme Marsille ja löydämme aminohappoja, mutta emme mittaa niiden kiraalisuutta, tulemme tuntemaan itsemme erittäin typeriksi. Soittimemme voi tehdä sen. ”
MOA on yksi monista kehitteillä olevista välineistä, joilla NASA rahoittaa orgaanisten molekyylien esiintymistä Marsilla. Lopulliset ehdotukset vuoden 2009 operaatioon on määrä valmistaa heinäkuun puolivälissä. Mathies ja kollegat Jeffrey Bada Scrippsistä ja Frank Grunthaner JPL: stä, jotka aikovat toimittaa ainoan ehdotuksen, jolla testataan aminohappojen kädet, ovat asettaneet analysaattorin testiin ja osoittaneet, että se toimii. Ehdotuksensa yksityiskohdat ovat nyt verkossa osoitteessa http://astrobiology.berkeley.edu.
Helmikuussa Grunthaner ja UC Berkeleyn jatko-opiskelija Alison Skelley matkustivat Chilen Atacama-autiomaalle nähdäkseen, voisiko aminohappodetektori - nimeltään Mars Orgaaninen Detektori, eli MOD - löytää aminohappoja planeetan kuiveimmalta alueelta. MOD onnistui helposti. Koska kokeen toinen puoli - aminohappojen kädellisyyttä testaava ”lab-on-a-siru” - ei kuitenkaan ollut vielä ollut naimisissa MOD: n kanssa, tutkijat veivät näytteet takaisin UC Berkeleyyn kyseisen osan testata. Skelley on nyt onnistuneesti lopettanut nämä kokeet, jotka osoittavat lab-on-a-chip -järjestelmän yhteensopivuuden MOD: n kanssa.
"Jos et pysty havaitsemaan elämää Atacama-aavikon Yungayn alueella, sinulla ei ole liiketoimintaa Marsille", Mathies sanoi viittenen Chilen autiomaa-alueelle, jossa miehistö oleskeli ja suoritti joitain kokeistaan.
Mathies, joka 12 vuotta sitten kehitti ensimmäiset kapillaariryhmien elektroforeesierottimet, joita Amersham Biosciences markkinoi nopeissa DNA-sekvensseissään, on vakuuttunut siitä, että hänen ryhmänsä parannukset genomiprojektissa käytettyyn tekniikkaan tulevat täydellisesti hyödyntämään Marsin etsintäprojekteja.
"Tällaisen kehittämämme mikrofluiditekniikan ja kykymme avulla tehdä in situ -analysaattoreiden ryhmiä, jotka suorittavat hyvin yksinkertaisia kokeita suhteellisen edullisesti, meidän ei tarvitse olla ihmisiä Marsilla suorittamaan arvokkaita analyysejä", hän sanoi. ”Toistaiseksi olemme osoittaneet, että tämä järjestelmä havaitsee sormenjäljen elämän, ja että voimme tehdä täydellisen analyysin kentällä. Olemme todella innoissamme tulevaisuuden mahdollisuuksista. ”
Bada, merikemikaalit, on ryhmän eksobiologi, joka on kehittänyt lähes tusina vuotta sitten uuden tavan testata aminohapot, amiinit (aminohappojen hajoamistuotteet) ja polysykliset aromaattiset hiilivedyt, universumissa yleiset orgaaniset yhdisteet. Tuo kokeilu, MOD, valittiin vuoden 2003 matkalle Marsiin, joka romutettiin, kun Marsin Polar Lander kaatui vuonna 1999.
Siitä lähtien Bada on yhdessä Mathiesin kanssa kehittänyt kunnianhimoisemman instrumentin, jossa yhdistyvät parannettu MOD uuteen tekniikkaan havaittujen aminohappojen kiraalisuuden tunnistamiseksi ja testaamiseksi.
Perimmäisenä tavoitteena on löytää todiste elämästä Marsilla. 1970-luvun Viking-maatalat testattiin epäonnistuneesti Marsin orgaanisten molekyylien suhteen, mutta niiden herkkyys oli niin matala, että he eivät olisi kyenneet tunnistamaan elämää, vaikka maassa olisi miljoona bakteeria, Bada sanoi. Nasa, kun NASA: n rooli Spirit and Opportunity on melkein varmasti osoittanut, että seisova vesi oli kerran olemassa pinnalla, tavoitteena on löytää orgaanisia molekyylejä.
Badan MOD on suunniteltu lämmittämään Marsin maaperänäytteitä ja höyryttämään mahdolliset orgaaniset molekyylit alhaisissa paineissa pinnassa. Tämän jälkeen höyry kondensoituu kylmään sormeen, ansaan, joka jäähdytetään Marsin ympäröivään ympäröivään lämpötilaan, noin 100 astetta alle nolla-Fahrenheit. Kylmä sormi on päällystetty fluoresoamiiniväriainemerkinnöillä, jotka sitoutuvat vain aminohapoihin, niin että mikä tahansa fluoresoiva signaali osoittaa, että aminohapot tai amiinit ovat läsnä.
"Tällä hetkellä pystymme havaitsemaan yhden biljoonaosan grammasta aminohappoja grammasta maaperää, mikä on miljoona kertaa parempi kuin Viking", Bada sanoi.
Lisätty kapillaarielektroforeesijärjestelmä imee kondensoituneen nesteen kylmästä sormesta ja sifonoi sen laboratoriossa olevaan siruun, jossa on sisäänrakennetut pumput ja venttiilit, jotka ohjaavat nesteen kemikaalien ohi, jotka auttavat tunnistamaan aminohapot ja tarkistamaan kädellisyyden tai kiraalisuuden .
"MOD on ensimmäisen vaiheen kuulustelu, jossa näytteestä tutkitaan fluoresoivien lajien esiintyminen, mukaan lukien aminohapot", Skelley sanoi. ”Sitten kapillaarielektroforeesi-instrumentti tekee toisen vaiheen analyysin, jossa me tosiasiallisesti selvitämme nämä eri lajit ja voimme kertoa mitä ne ovat. Nämä kaksi instrumenttia on suunniteltu täydentämään ja rakentamaan toisiaan. "
”Rich on ottanut tämän kokeilun seuraavaan ulottuvuuteen. Meillä on todella toimiva järjestelmä ”, Bada sanoi. ”Kun aloin miettiä kiraaliustestistä ja puhuin ensin Richin kanssa, meillä oli käsitteellisiä ideoita, mutta mikään ei todellakaan toiminut. Hän on vienyt sen pisteeseen, jossa meillä on rehellinen jumalalle kannettava instrumentti. ”
Aminohapot, proteiinien rakennuspalikat, voivat esiintyä kahdessa peilikuvamuodossa, nimettynä L (levo) vasenkätisille ja D (dextro) oikeakätisille. Kaikki maapallon proteiinit koostuvat L-tyypin aminohapoista, jolloin niiden ketju taittuu hienosti kompaktiksi proteiiniksi.
Kuten Mathies kuvailee, kiraalisuustesti hyödyntää sitä tosiasiaa, että vasemman käden aminohapot sopivat tiiviimmin vasemman käden kemialliseen ”mitt” ja oikean käden aminohapot oikean käden mitt. Jos sekä vasenkätiset että oikeakätiset aminohapot kulkevat alas ohutta kapillaariputkea, joka on vuorattu vasemman käden rukkasilla, vasenkätiset liikkuvat hitaammin, koska ne liukuvat rukkasiin matkan varrella. Se on kuin vasemmistolainen poliitikko, joka työskentelee väkijoukossa, hän sanoi. Hän liikkuu hitaammin väkijoukkojen vasemmistolaisemmille ihmisille, koska nämä ovat ainoat ihmiset, joiden kanssa hän kättelee. Tässä tapauksessa vasenkätinen mitt on kemikaali, jota kutsutaan syklodekstriiniksi.
Eri aminohapot - ihmisillä on 20 erityyppistä tyyppiä - kulkevat putkesta myös eri nopeudella, mikä mahdollistaa läsnä olevien tunnistamisen osittain.
"Sen jälkeen kun aminohapot ovat havainneet MOD: llä, leimattu aminohappoliuos pumpataan mikroneuvoihin ja erotetaan karkeasti varauksella", Mathies sanoi. ”Aminohappojen liikkuvuus kertoo meille jotain varauksesta ja koosta ja kun syklodekstrinejä on läsnä, onko meillä raseemista seosta, toisin sanoen yhtä suuri määrä vasemman ja oikean käden aminohappoja. Jos teemme niin, aminohapot voivat olla ei-biologisia. Mutta jos näemme kiraalisen ylimäärän, tiedämme, että aminohappojen on oltava alkuperältään biologisia. "
Skelleyn suunnittelema ja rakentama huipputekninen siru koostuu fotolitografisilla tekniikoilla syövytetyistä kanavista ja mikrofluidisesta pumppausjärjestelmästä, joka on kerrostettu nelihalkaisijaltaan neli tuumaa halkaisijaltaan levyyn, kerrokset kytkettyinä porattujen kanavien avulla. Pienet mikrovalmistetut venttiilit ja pumput luodaan kahdesta lasikerroksesta, joiden välissä on joustava polymeeri (PDMS tai polydimetyylisiloksaani) kalvo, liikutetaan ylös ja alas käyttämällä paine- tai tyhjölähdettä. Kapillaarielektroforeesi-instrumentin suunnitellut fyysinen kemisti James Scherer, UC Berkeley, kehitti myös herkän fluoresenssianturin, joka lukee nopeasti sirun kuvion.
Yksi ryhmän nykyisistä NASA-apurahoista on seuraavan sukupolven mikrovalmistetun orgaanisen laboratorion tai MOL: n kehittäminen, joka lentäisi Marsille, Jupiterin kuulle Europa tai kentälle komeetta ja suorittaisi entistä yksityiskohtaisempia kemiallisia testejä etsien täydellisempää orgaanisten orgaanisten aineiden sarjaa. molekyylit, mukaan lukien nukleiinihapot, DNA: n rakenneyksiköt. Toistaiseksi tavoitteena on kuitenkin väline, joka on valmis vuoteen 2009 mennessä menemään Mars 2003 -kiekkojen nykyisten kokeiden ulkopuolelle ja etsimään aminohappoja.
"Sinun täytyy muistaa, toistaiseksi emme ole havainneet mitään orgaanista ainetta Marsilla, joten se olisi valtava askel eteenpäin", Bada sanoi. ”Elämänhaussa on kaksi vaatimusta: vesi ja orgaaniset yhdisteet. Viimeaikaisten Mars Rovers -julkaisujen perusteella, jotka viittaavat veden läsnäoloon, jäljellä oleva tuntematon on orgaanisia yhdisteitä. Siksi keskitymme tähän.
"Mars Orgaaninen analysaattori on erittäin voimakas koe, ja toiveemme on löytää paitsi aminohapot myös aminohapot, jotka näyttävät siltä, että ne voisivat tulla jonkinlaisesta elävästä olennosta.”
Alkuperäinen lähde: Berkeley-lehdistötiedote
