In staat zijn om microben in realtime te identificeren aan boord van het internationale ruimtestation, zonder ze eerst terug naar de aarde te hoeven sturen voor identificatie, zou revolutionair zijn voor de wereld van microbiologie en ruimteverkenning. Het Genes in Space-3-team heeft die mogelijkheid dit jaar werkelijkheid gemaakt, toen het het allereerste sample-to-sequence-proces volledig aan boord van het ruimtestation voltooide. De resultaten van hun onderzoek werden gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Het vermogen om microben in de ruimte te identificeren, kan helpen bij het in realtime diagnosticeren en behandelen van astronautenkwalen, evenals het helpen bij de identificatie van op DNA gebaseerd leven op andere planeten. Het kan ook ten goede komen aan andere experimenten aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium. Het identificeren van microben omvat het isoleren van het DNA van monsters, en dan amplificeren - of veel kopieën maken - van dat DNA dat dan kan worden gesequenced, of geïdentificeerd.

Het onderzoek viel uiteen in twee delen:het verzamelen van de microbiële monsters en amplificatie door Polymerase Chain Reaction (PCR), vervolgens sequencing en identificatie van de microben. NASA-astronaut Peggy Whitson voerde het experiment uit aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium, met NASA-microbioloog en hoofdonderzoeker van het project Sarah Wallace en haar team die haar vanuit Houston in de gaten houden en begeleiden.

Als onderdeel van regelmatige microbiële monitoring, petriplaten werden aangeraakt op verschillende oppervlakken van het ruimtestation. Werkend binnen de Microgravity Science Glovebox (MSG) ongeveer een week later, Whitson bracht cellen van groeiende bacteriekolonies op die platen over in miniatuurreageerbuisjes, iets dat nog nooit eerder in de ruimte was gedaan.

Nadat de cellen met succes waren verzameld, het was tijd om het DNA te isoleren en voor te bereiden voor sequencing, waardoor de identificatie van de onbekende organismen mogelijk wordt - nog een primeur voor ruimtemicrobiologie. Een historisch weergebeurtenis, Hoewel, bedreigde het vermogen van het grondteam om de voortgang van het experiment te begeleiden.

"We begonnen de rapporten van orkaan Harvey te horen in de week tussen Peggy die het eerste deel van het verzamelen van het monster uitvoerde en zich klaarmaakte voor de daadwerkelijke sequencing, ' zei Wallace.

Toen JSC ontoegankelijk werd vanwege gevaarlijke wegomstandigheden en stijgend water, het team van het Payload Operations Integration Center van het Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, die dienen als "Mission Control" voor al het stationsonderzoek, werkte om Wallace te verbinden met Whitson met behulp van Wallace's persoonlijke mobiele telefoon.

Met een orkaan die buiten verwoesting aanricht, Wallace en Whitson wilden geschiedenis schrijven. Wallace bood steun aan Whitson, een biochemicus, terwijl ze het MinION-apparaat gebruikte om het geamplificeerde DNA te sequencen. De gegevens werden gedownlinkt naar het team in Houston voor analyse en identificatie.

"Toen we de gegevens eenmaal ter plaatse hadden, konden we ze omdraaien en analyseren, " zei Aaron Burton, NASA-biochemicus en mede-onderzoeker van het project. "Je krijgt al die kronkelplots en je moet dat veranderen in As, g, C's en T's."

die als, g, Cs en Ts zijn Adenine, Guanine, Cytosine en Thymine - de vier basen waaruit elke DNA-streng bestaat en die u kunnen vertellen van welk organisme de DNA-streng afkomstig is.

"Meteen, we zagen een micro-organisme opduiken, en dan een tweede en het waren dingen die we de hele tijd op het ruimtestation vinden, " zei Wallace. "De validatie van deze resultaten zou zijn wanneer we het monster terug zouden krijgen om op aarde te testen."

Snel na, de monsters keerden terug naar de aarde, samen met Whitson, aan boord van het Sojoez-ruimtevaartuig. Biochemische en sequentietests werden uitgevoerd in grondlaboratoria om de bevindingen van het ruimtestation te bevestigen. Ze hebben meerdere keren tests uitgevoerd om de nauwkeurigheid te bevestigen. Elke keer, de resultaten waren precies hetzelfde op de grond als in een baan.

"We hebben het gedaan. Alles werkte perfect, " zei Sarah Stahl, microbioloog.

Ontwikkeld in samenwerking door NASA's Johnson Space Center en Boeing, dit door het National Lab gesponsorde onderzoek wordt beheerd door het Center for the Advancement of Science in Space.

Genen in Space-1 markeerden de eerste keer dat de PCR in de ruimte werd gebruikt om DNA te amplificeren met de miniPCR-thermische cycler, kort daarna gevolgd door Biomolecule Sequencer, die het MinION-apparaat gebruikte om DNA te sequencen. Genes in Space-3 huwde deze twee onderzoeken om een ​​volledig microbieel identificatieproces in microzwaartekracht te creëren.

"Het was een natuurlijke samenwerking om deze twee stukken technologie samen te voegen, omdat afzonderlijk, ze zijn allebei geweldig, maar samen maken ze extreem krachtige moleculair-biologische toepassingen mogelijk, ' zei Wallace.