Wat doen astronauten, microben, en planten allemaal gemeen hebben? Elk is afhankelijk van deoxyribonucleïnezuur (DNA) - in wezen een computercode voor levende wezens - om te groeien en te bloeien.

Het bestuderen van DNA in de ruimte zou kunnen leiden tot een beter begrip van de impact van microzwaartekracht op levende organismen en zou ook manieren kunnen bieden om onbekende microben in ruimtevaartuigen te identificeren, mensen en de deep space-locaties die we willen bezoeken. De microscopische grootte van DNA, echter, kan een aantal grote uitdagingen creëren om het aan boord van het internationale ruimtestation te bestuderen.

De meeste op aarde gebaseerde moleculaire onderzoeksapparatuur is groot en vereist aanzienlijke hoeveelheden stroom om te werken. Dat zijn twee kenmerken die aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium moeilijk te ondersteunen zijn, dus eerdere onderzoeksmonsters die DNA-versterking en sequentiebepaling nodig hadden, moesten in de ruimte worden bewaard totdat ze terug naar de aarde konden worden gestuurd aan boord van een vrachtruimtevaartuig, toevoegen aan de tijd die nodig is om resultaten te krijgen.

Echter, dat alles is in een paar jaar tijd veranderd, omdat NASA heeft gewerkt aan het vinden van nieuwe oplossingen voor snelle moleculaire tests tijdens de vlucht aan boord van het ruimtestation.

"We moeten ervoor zorgen dat machines compact zijn, draagbaar, robuust, en onafhankelijk van veel stroomopwekking om flexibeler testen in de ruimte mogelijk te maken, "Zei NASA-astronaut en moleculair bioloog Kate Rubins in een downlink van 2016 met de National Institutes of Health.

Het resultaat? Een geavanceerde suite met tools op tafelblad en handpalm, waaronder MinION, mini-PCR, en Wet-Lab-2, en meer tools en processen in het verschiet.

DNA-testen in de ruimte gingen in 2016 van start met de Biomolecule Sequencer. Bestaat uit de MinION-sequencer en een Surface Pro 3-tablet voor analyse, de tool werd voor het eerst gebruikt om DNA in de ruimte te sequencen met Rubins aan het roer.

in 2017, dat gereedschap werd opnieuw gebruikt voor Genes in Space-3, terwijl NASA-astronaut Peggy Whitson monsters van microbiële groei van rond het station verzamelde en testte. Naast MinION, astronauten testten ook miniPCR, een thermische cycler die wordt gebruikt om de polymerasekettingreactie uit te voeren. Samen zorgden deze platforms voor de identificatie van onbekende stationsmicroben vanuit de ruimte.

Dit jaar, die testmogelijkheden vertaalden zich in een nog sterkere portfolio van DNA-gericht onderzoek voor het snelle wetenschappelijke schema van het in een baan rond de aarde draaiende laboratorium. Bijvoorbeeld, miniPCR wordt gebruikt om verzwakte immuunsystemen en DNA-veranderingen te testen als onderdeel van een door studenten ontworpen onderzoek dat bekend staat als Genes in Space-5. De studie hoopt meer te onthullen over de gezondheid van astronauten en mogelijke stressgerelateerde veranderingen in DNA gecreëerd door ruimtevluchten. Aanvullend, De WetLab-2-faciliteit is een reeks hulpmiddelen aan boord van het station die zijn ontworpen om biologische monsters te verwerken voor realtime genexpressie-analyse. Binnenkort komen er meer tools voor het invullen van de volledige mogelijkheden voor moleculaire studies op het in een baan rond de aarde draaiende laboratorium.

"De mini-revolutie is begonnen, " zei Sarah Wallace, NASA's hoofdonderzoeker voor het aanstaande onderzoek naar Biomolecule Extraction and Sequencing Technology (BEST). "Deze zijn erg klein, efficiënte hulpmiddelen. We hebben een goed uitgerust moleculair laboratorium op het station en apparaten die ideaal zijn voor ruimtevluchten."

BEST zal swab-to-sequencer-testen van onbekende microben aan boord van het ruimtestation vergelijken met de huidige op cultuur gebaseerde methoden.

"We zien veranderingen in genexpressie als reactie op ruimtevluchten voor elk levend wezen waarin we ernaar hebben gezocht, "zei Wallace. "Het bestuderen van die veranderingen is van cruciaal belang om aanpassingen aan ruimtevluchten te begrijpen en biedt ook de mogelijkheid om nieuwe reacties te ontdekken die kunnen leiden tot alternatieve gezondheidszorgbehandelingen op aarde."

Hoewel bevoorrading en grondondersteuning beschikbaar zijn voor astronauten aan boord van het ruimtestation, missies buiten een lage baan om de aarde vereisen dat bemanningen vertrouwen op deze nieuwe, ruimtebesparende technologieën om hun gezondheid in de loop van de tijd te volgen en om mogelijke gezondheidsrisico's naast hen te monitoren. Snel, betrouwbare sequentie- en identificatieprocessen kunnen ontdekkingsreizigers veiliger houden op missies naar de verre ruimte. Op aarde, deze technologieën kunnen genetisch onderzoek toegankelijker maken, betaalbaar en mobiel.