Als mensen bestemd zijn voor diepe ruimte, ze moeten begrijpen dat de ruimteomgeving de gezondheid verandert, waaronder veroudering en antibioticaresistentie.

Een nieuw NASA-project zou daarbij kunnen helpen. Het heeft tot doel technologie te ontwikkelen die wordt gebruikt om "omics" te bestuderen - gebieden van de microbiologie die belangrijk zijn voor de menselijke gezondheid. Omics omvat onderzoek naar genomen, microbiomen en proteomen.

Het Omics in Space-project wordt geleid door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. Het project werd onlangs gefinancierd door NASA's Translational Research Institute for Space Health, vier jaar studie. In die tijd, NASA hoopt 3D-afdrukbare ontwerpen te ontwikkelen voor instrumenten op het International Space Station (ISS), die vloeistoffen zoals bloedmonsters aankan zonder te morsen in microzwaartekracht. Met deze tools kunnen astronauten biologische monsters analyseren zonder ze terug naar de aarde te sturen.

Leren hoe bacteriën de gezondheid van de bemanning beïnvloeden, of hoe genen veroudering en ziekte beïnvloeden, kan de veiligheid van langdurige missies naar Mars en daarbuiten garanderen.

Geen nachtelijke e-mail in de ruimte

NASA heeft omics al bestudeerd met inspanningen zoals het Microbial Tracking 1-experiment, die microbiële diversiteit op het ruimtestation onderzocht. Maar er is op dit moment geen manier om monsters op het station te verwerken, dus moeten ze naar de aarde worden gestuurd.

Tussen het nemen van een monster en het uitvoeren van een analyse kan maanden zitten, zei Kasthuri Venkateswaran van JPL, hoofdonderzoeker van het Omics in Space-project.

"Je hebt geen nachtpost als je naar de ruimte gaat, "Zei Venkateswaran. "Je moet alle analyses zelf doen. Dit project zal een geautomatiseerd systeem ontwikkelen voor het bestuderen van moleculaire biologie met minimale tussenkomst van de bemanning."

Een van de grootste uitdagingen bij het voorbereiden van monsters is het omgaan met vloeistoffen in microzwaartekracht. Astronauten verzamelen een verscheidenheid aan monsters, inclusief hun eigen speeksel en bloed, evenals microben die van de muren van het ISS zijn afgeveegd. Deze monsters moeten vervolgens worden gemengd met water, zodat ze voor analyse in instrumenten kunnen worden geïnjecteerd. Zonder het juiste gereedschap, monsters kunnen morsen, drijven of luchtbellen vormen die de resultaten in gevaar kunnen brengen.

Een grote stap in 2016

Vorig jaar, NASA heeft een grote stap gezet door voor het eerst DNA in de ruimte te sequencen. Astronauten gebruikten een kleine, handheld sequencing-tool genaamd de MinION, ontwikkeld door Oxford Nanopore Technologies.

Omics in Space zal voortbouwen op dit succes door een geautomatiseerde DNA/RNA-extractor te ontwikkelen die monsters zal voorbereiden voor een MinION-apparaat. Een cruciaal onderdeel van deze extractor is een 3D-afdrukbare plastic cartridge die nodig is om nucleïnezuren uit de monsters te extraheren voor de MinION-sequencing.

Al deze technologie is hier op aarde getest, zei Camilla Urbaniak, een postdoctoraal onderzoeker bij JPL en co-onderzoeker op Omics in Space.

"We nemen wat er op aarde is om DNA te analyseren en alle stappen te consolideren in een geautomatiseerd systeem, " zei Urbaniak. "Wat nieuw is, is dat we een one-stop-shop ontwikkelen die al deze monsters kan extraheren en verwerken."

De toekomst van ruimtegezondheid

Eerder omics-onderzoek heeft aangetoond dat het immuunsysteem van astronauten de neiging heeft om zwakker te zijn nadat ze op het ISS hebben geleefd. Wetenschappers weten niet zeker waarom.

Het gebied van epigenetica, die studies hoe genen tot expressie worden gebracht - inclusief hoe mensen ouder worden - zouden kunnen helpen verklaren hoe microzwaartekracht en kosmische straling ons DNA beïnvloeden.

Maar Omics in Space gaat niet alleen over de menselijke passagiers die naar het ISS reizen. Er zijn ook microben, gedragen door zowel mensen als vracht, die zich ophopen aan boord van ruimtevaartuigen.

"We moeten een 'passagierslijst' samenstellen van de microben die meerijden naar de ruimte, " zei Nitin Singh van JPL, een andere mede-onderzoeker van het project. "Vervolgens, astronauten kunnen genetische markers detecteren die onthullen of deze microben nuttig of schadelijk zijn - de 'bagage' die deze passagiers met zich meebrengen."

In staat zijn te reageren op veranderingen in de omgeving van een bemanning is cruciaal tijdens lange ruimtereizen, zei Ganesh Mohan van JPL, een co-onderzoeker van het project die zal werken om pathogene microben op te sporen.

"Je kunt in realtime zien of een mogelijk schadelijke microbe in aantal toeneemt. dan zouden we acties kunnen ondernemen om die microben tegen te gaan, " zei Mohan.