Kreditna slika: UC Berkeley
Ista vrhunska tehnologija koja je ubrzala sekvenciranje ljudskog genoma mogla bi nam krajem desetljeća jednom zauvijek reći postoji li život ikada na Marsu, prema kemijskoj sveučilištu Berkeley sa Sveučilišta u Kaliforniji.
Richard Mathies, profesor kemije u UC Berkeleyu i programer prvih kapilarnih elektroforeznih matrica i novih fluorescentnih oznaka za prijenos boja - oboje koji se koriste u današnjim DNK sekvencirima - radi na instrumentu koji će pomoću tih tehnologija ispitivati Mars prašinu za dokaz života - na bazi aminokiselina, građevni blokovi proteina.
Diplomirana studentica Alison Skelley u Rock Gardenu, jednom od nalazišta u čileanskoj pustinji Atacama, gdje su istraživači uzorkovali tlo za aminokiseline u pripremi za slanje instrumenta na Mars kako bi potražili znakove života. U pozadini su ruševine grada Yunguy. (Fotografska usluga Richard Mathies laboratorija / UC Berkeley)
S dvije potpore za razvoj NASA-e u ukupnoj vrijednosti od gotovo 2,4 milijuna dolara, on i članovi tima iz Laboratorija za mlazni pogon (JPL) pri Kalifornijskom tehnološkom institutu i Ucenjaonice za oceanografiju UC San Diega, nadaju se da će izgraditi Mars Organic Analyzer koji će letjeti na brodu NASA-e, misija robotske Mars Science Laboratory i / ili misija ExoMars Europske svemirske agencije, obje planirane za lansiranje u 2009. Prijedlog ExoMars je u suradnji s Pascaleom Ehrenfreundom, izvanrednim profesorom astrohemije na Sveučilištu u Leidenu u Nizozemskoj.
Mars organski analizator, nazvan MOA, ne traži samo kemijski potpis aminokiselina, već i testove za kritičnu karakteristiku životinjskih aminokiselina: sve su lijeve ruke. Aminokiseline se mogu proizvesti fizičkim procesima u svemiru - često se nalaze u meteoritima - ali otprilike su jednako lijeve i desne ruke. Ako aminokiseline na Marsu imaju prednost za lijeve aminokiseline s desničarima ili obrnuto, one bi mogle potjecati samo iz nekog životnog oblika na planeti, rekao je Mathies.
"Osjećamo da bi mjerenje homohiralnosti - rasprostranjenost jedne vrste predaje nad drugom - bilo apsolutni dokaz života", rekao je Mathies, član UC Berkeley iz Kalifornijskog instituta za kvantitativna biomedicinska istraživanja (QB3). "Zato smo se fokusirali na ovu vrstu eksperimenta. Ako idemo na Mars i pronađemo aminokiseline, ali ne izmjerimo njihovu hiralnost, osjećat ćemo se vrlo glupo. Naš instrument to može učiniti. "
MOA je jedan od različitih instrumenata koji se razvijaju s NASA-inim financiranjem za traženje prisutnosti organskih molekula na Marsu, s konačnim prijedlozima za misiju 2009. koji bi trebao stići sredinom srpnja. Mathies i kolege Jeffrey Bada iz Scrippsa i Frank Grunthaner iz JPL-a, koji planiraju podnijeti jedini prijedlog koji testiraju sposobnost aminokiselina, stavili su analizator na test i pokazali da djeluje. Pojedinosti o njihovom prijedlogu sada se nalaze na Internetu na adresi http://astrobiology.berkeley.edu.
U veljači, studentica maturantkinje Grunthaner i UC Berkeley, Alison Skelley, otputovali su u čileansku pustinju Atacama da vide mogu li detektor aminokiselina - nazvan Mars Organic Detector ili MOD - pronaći aminokiseline u najsušnijoj regiji planeta. MOD je lako uspio. No, budući da druga polovina eksperimenta - „laboratorij na čipu“ koji testira sposobnost aminokiselina - još nije bila udana za MOD, istraživači su vratili uzorke u UC Berkeley za taj dio test. Skelley je sada uspješno završio ove eksperimente pokazujući kompatibilnost laboratorijskog sustava na čipu s MOD-om.
"Ako ne možete otkriti život u regiji Yungay u pustinji Atacama, nema posla koji ide na Mars", rekao je Mathies, govoreći o pustinjskoj regiji u Čileu, gdje je posada boravila i obavila neke svoje testove.
Mathies, koji je prije 12 godina razvio prvi separator elektroforeze kapilarnog niza koji je Amersham Biosciences plasirao u svojim brzim sekvencema DNK, uvjeren je da će poboljšanja njegove grupe u tehnologiji korištenoj u projektu genoma savršeno ugraditi u istraživačke projekte Marsa.
"Uz vrstu mikrofluidne tehnologije koju smo razvili i našu sposobnost stvaranja nizova in situ analizatora koji vrlo jednostavno provode eksperimentalne eksperimente, ne moramo imati ljude na Marsu koji će vršiti vrijedne analize", rekao je. "Do sada smo pokazali da ovaj sustav može otkriti život u otisku prsta i da na terenu možemo napraviti potpunu analizu. Zaista smo uzbuđeni zbog mogućnosti budućnosti. "
Bada, morski kemičar, egzobiolog je tima, razvio je prije gotovo desetak godina nov način ispitivanja aminokiselina, amina (produkata razgradnje aminokiselina) i policikličkih aromatskih ugljikovodika, organskih spojeva uobičajenih u svemiru. Taj je eksperiment, MOD, odabran za misiju 2003. godine na Mars koja je razbijena kad se srušio Mars Polar Lander 1999. godine.
Otada se Bada udružio s Mathiesom kako bi razvio ambiciozniji instrument koji kombinira poboljšani MOD s novom tehnologijom za prepoznavanje i testiranje hiralnosti otkrivenih aminokiselina.
Krajnji je cilj pronaći dokaz života na Marsu. Vikinški zemljaci 1970-ih neuspješno su testirali organske molekule na Marsu, ali njihova je osjetljivost bila toliko niska da ne bi uspjeli otkriti život čak i da postoji milijun bakterija na gram tla, rekao je Bada. Sada kada su NASA roveri Spirit and Opportunity gotovo sigurno pokazali da je na površini postojala stajaća voda, cilj je pronaći organske molekule.
Bada je MOD dizajniran za zagrijavanje uzoraka marsovskog tla i pri niskim pritiscima na površini isparava sve prisutne organske molekule. Tada se para kondenzira na hladnom prstu, zamkom ohlađenom do Marsove noćne temperature, približno 100 stupnjeva ispod nule Fahrenheita. Hladni prst obložen je tragovima fluoreskaminske boje koji se vežu samo na aminokiseline, tako da bilo koji fluorescentni signal ukazuje na prisutnost aminokiselina ili amina.
"Trenutno možemo otkriti jednu trilijunsku grama aminokiselina u gramu tla, što je milion puta bolje nego Viking", rekao je Bada.
Dodani sustav kapilarne elektroforeze odvodi kondenziranu tekućinu s hladnog prsta i sifrira je u laboratorij na čipu s ugrađenim pumpama i ventilima koji usmjeravaju tekućinu kroz kemikalije koje pomažu prepoznati aminokiseline i provjeravaju postojanost ili hiralnost ,
"MOD je ispitivanje u prvoj fazi gdje se uzorak ispituje na prisustvo bilo koje fluorescentne vrste, uključujući aminokiseline", rekao je Skelley. „Tada instrument kapilarne elektroforeze vrši analizu drugog stupnja, gdje mi zapravo rješavamo te različite vrste i možemo reći što su one. Ta dva instrumenta dizajnirana su da nadopunjuju i nadograđuju jedna drugu. "
"Rich je ovaj eksperiment preuzeo u sljedeću dimenziju. Mi stvarno imamo sustav koji funkcionira ", rekao je Bada. "Kad sam počeo razmišljati o testovima hiralnosti i prvi put razgovarao s Richom, imali smo konceptualne ideje, ali ništa što zapravo ne funkcionira. Preuzeo ga je do točke u kojoj imamo prijenosni instrument pošten Bogu. "
Aminokiseline, građevni blokovi proteina, mogu postojati u dva oblika zrcalne slike, označeni s L (levo) za ljevoruke i D (dekstro) za desničarske. Svi proteini na Zemlji sastoje se od aminokiselina tipa L, što omogućuje da se lanac od njih lijepo sastavi u kompaktan protein.
Kao što Mathies to opisuje, test za hiralnost koristi činjenicu da se ljevoruke aminokiseline snažnije uklapaju u lijevi kemijski rukavica, a desne aminokiseline u desni rukavac. Ako i lijeva i desna aminokiselina putuju niz tanku kapilarnu cijev obloženu lijevim rukavicama, one će ljevoriti putovati sporije jer im se usput uvlače u rukavice. To je poput ljevičarskog političara koji radi gomilu, rekao je. Pomicat će se sporije ljevoruke u gomili jer su to jedini ljudi s kojima će se rukovati. U ovom slučaju, lijevi mit je kemikalija koja se zove ciklodekstrin.
Različite aminokiseline - postoji 20 različitih vrsta koje ljudi koriste - također putuju niz cijev različitim brzinama, što omogućava djelomičnu identifikaciju prisutnih.
"Nakon što MOD otkrije aminokiseline, obilježena otopina aminokiselina svodi se u mikrofluidike i grubo se odvaja nabojem", rekao je Mathies. „Mobilnost aminokiselina govori nam nešto o naboju i veličini i, kad su prisutni ciklodekstrini, imamo li racemičnu smjesu, to jest jednaku količinu lijevih i desnih aminokiselina. Ako to učinimo, aminokiseline bi mogle biti nebiološke. Ali ako vidimo kiralni višak, znamo da aminokiseline moraju biti biološke porijekla. "
Najsuvremeniji čip koji je Skelley dizajnirao i izgradio sastoji se od kanala ugrađenih fotolitografskim tehnikama i mikrofluidijskog pumpnog sustava umočenog u četveroslojni disk promjera četiri inča sa slojevima povezanim bušenim kanalima. Sitni mikrofabricirani ventili i pumpe stvoreni su iz dva staklena sloja s fleksibilnom polimernom membranom (PDMS ili polidimetilsiloksanom) membranom između kojih se pomiče gore-dolje pomoću izvora tlaka ili vakuuma. Fizički kemičar UC Berkeley James Scherer, koji je dizajnirao instrument kapilarne elektroforeze, također je razvio osjetljivi detektor fluorescencije koji brzo čita uzorak na čipu.
Jedna od trenutnih NASA-ovih stipendija namijenjena je razvoju mikrofabricirane organske laboratorije nove generacije, ili MOL-a, za let na Mars, Jupiterov mjesec ili Europu ili komet i provođenje još složenijih kemijskih ispitivanja u potrazi za što kompletnijim skupom organskih molekule, uključujući nukleinske kiseline, strukturne jedinice DNA. Za sada je, međutim, cilj instrument koji je spreman do 2009. godine ići dalje od trenutnih eksperimenata na roverima Mars 2003 i tražiti aminokiseline.
"Morate se sjetiti. Do sada na Marsu nismo otkrili nijedan organski materijal, pa bi to bio ogroman korak naprijed," rekao je Bada. "U lovu na život postoje dva zahtjeva: voda i organski spojevi. S nedavnim otkrićima marsera koji ukazuju na prisutnost vode, ostalo je nepoznato organski spojevi. Zato se fokusiramo na to.
"Mars Organic Analyzer je vrlo moćan eksperiment, i naša velika nada je pronaći ne samo aminokiseline, već i aminokiseline koje izgledaju kao da bi mogle potjecati iz neke vrste živog bića."
Izvorni izvor: Berkeley News Release
