Voortbouwend op het vermogen om DNA in de ruimte te sequencen en eerdere onderzoeken, Genes in Space-3 is een samenwerking ter voorbereiding, sequentie en identificeren onbekende organismen, geheel vanuit de ruimte. Toen NASA-astronaut Kate Rubins in 2016 de sequentie van DNA aan boord van het internationale ruimtestation het was een gamechanger. Die allereerste sequencing van DNA in de ruimte was onderdeel van het Biomolecule Sequencer-onderzoek.

Hoewel het niet zo spannend is als een sciencefictionfilm doet vermoeden, de muren en oppervlakken van het ruimtestation ondergaan van tijd tot tijd microbiële groei. Momenteel, de enige manier om verontreinigingen te identificeren, is door een monster te nemen en het terug naar de aarde te sturen.

"We hebben contaminatie gehad in delen van het station waar schimmels groeiden of waar biomateriaal uit een verstopte waterlijn werd gehaald. maar we hebben geen idee wat het is totdat het monster terug is in het lab, " zei Sarah Wallace, NASA-microbioloog en hoofdonderzoeker van het project in het Johnson Space Center van het bureau in Houston.

"Op het ISS, we kunnen regelmatig ontsmettingsmiddelen bijvullen, maar naarmate we verder gaan dan een lage baan om de aarde waar de mogelijkheid voor bevoorrading minder frequent is, weten wat je wel of niet moet desinfecteren wordt erg belangrijk, ' zei Wallace.

Ontwikkeld in samenwerking door NASA's Johnson Space Center en Boeing, dit door het ISS National Lab gesponsorde onderzoek zal twee stukken bestaande ruimtevluchttechnologie combineren, miniPCR en de MinION, om dat proces te veranderen, waardoor de eerste onbekende biologische monsters kunnen worden voorbereid, gesequenced en vervolgens geïdentificeerd in de ruimte.

Het miniPCR-apparaat (polymerase chain reaction) werd voor het eerst aan boord van het station gebruikt tijdens de Genes in Space-1, en, binnenkort Genes in Space-2-onderzoeken, door studenten ontworpen experimenten in het programma Genes in Space. Genen in Space-1 hebben met succes aangetoond dat het apparaat in microzwaartekracht kan worden gebruikt om DNA te amplificeren, een proces dat wordt gebruikt om duizenden kopieën van specifieke delen van DNA te maken. Het tweede onderzoek arriveerde op 22 april bij het ruimtestation, en wordt deze zomer getest.

Vervolgens kwam het Biomolecule Sequencer-onderzoek, die met succes het vermogen van de MinION testte om strengen van op aarde voorbereid DNA te sequensen in een laboratorium in een baan om de aarde.

"Wat de koppeling van deze verschillende apparaten doet, stelt ons in staat om het laboratorium naar de monsters te brengen, in plaats van dat we de monsters naar het lab moeten brengen, " zei Aaron Burton, NASA-biochemicus en mede-onderzoeker Genes in Space-3.

Bemanningsleden zullen een monster in het ruimtestation verzamelen om aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium te kweken. Het monster wordt vervolgens voorbereid voor sequencing, in een proces dat vergelijkbaar is met het proces dat werd gebruikt tijdens het Genes in Space-1-onderzoek, met behulp van de miniPCR en tot slot, gesequenced en geïdentificeerd met behulp van het MinION-apparaat.

"Het ISS is erg schoon, " zei Sarah Stahl, microbioloog en projectwetenschapper. "We vinden veel met de mens geassocieerde micro-organismen - veel gewone bacteriën zoals Staphylococcus en Bacillus en verschillende soorten bekende schimmels zoals Aspergillus en Penicillium."

Naast het identificeren van microben in de ruimte, deze technologie kan worden gebruikt om wonden of ziekten van bemanningsleden in realtime te diagnosticeren, helpen bij het identificeren van op DNA gebaseerd leven op andere planeten en helpen bij ander onderzoek aan boord van het station.

"Het Genes in Space-3-proces zal de wetenschappelijke capaciteit van het ISS vergroten door state-of-the-art moleculair biologisch onderzoek te vergemakkelijken voor zowel de huidige als de volgende generatie ISS-onderzoekers, " zei Kristen John, NASA ruimtevaartingenieur en Genes in Space-3 projectingenieur. "Het team heeft een sterke focus gelegd op het genereren van een voor ruimtevlucht gecertificeerde catalogus van algemene laboratoriumartikelen en reagentia, en het ontwikkelen van gemeenschappelijke methoden en gemakkelijk aanpasbare reactieomstandigheden voor miniPCR en de MinION om andere ISS-onderzoekers in staat te stellen deze technologie te gebruiken."

Dit proces geeft wetenschappers ter plaatse realtime toegang tot de experimenten die in de ruimte plaatsvinden, waardoor meer nauwkeurigheid en een efficiënter gebruik van de tijd op het ruimtestation mogelijk zijn.

"Als je een momentopname zou kunnen krijgen van de moleculaire handtekeningen van je onderzoek zoals het zich afspeelde op het ISS, hoe zou je je experiment veranderen?' zei Wallace. 'Zou je je tijdstippen willen veranderen? Een andere voedingsstof geven? Groeicondities veranderen? Je kunt je voorstellen hoe, als je die gegevens had, je zou je experiment kunnen aanpassen om het verkregen inzicht te vergroten."

Dichter bij huis, dit proces kan worden gebruikt om real-time diagnose van virussen te stellen in gebieden van de wereld waar toegang tot een laboratorium misschien niet mogelijk is.