De atmosfeer van de aarde beschermt het leven op de grond tegen kosmische straling die DNA kan beschadigen. Astronauten in de ruimte hebben zo'n bescherming niet, en dat brengt ze in gevaar. Een onderzoek op het internationale ruimtestation ISS onderzoekt DNA-schade en reparatie in de ruimte om de gezondheid van ruimtereizigers op de lange termijn te helpen beschermen.

Een organisme draagt ​​al zijn genetische informatie in zijn deoxyribonucleïnezuur of DNA. Deze blauwdruk voor het leven neemt de vorm aan van specifieke sequenties van stikstofbasen:adenine, cytosine, guanine, en thymine, weergegeven door de letters A, C, G en T.

Een type DNA-schade is dubbelstrengsbreuken, in wezen een snede over beide strengen DNA. Cellen herstellen deze breuken vrijwel onmiddellijk, maar kan fouten maken DNA-basen invoegen of verwijderen en mutaties creëren. Deze mutaties kunnen leiden tot ziekten zoals kanker. Genen in Space-6 kijkt naar het specifieke mechanisme dat cellen gebruiken om dubbelstrengsbreuken in de ruimte te herstellen.

Het onderzoek brengt cellen van de gist Saccharomyces cerevisiae naar het ruimtestation, waar astronauten een specifiek type schade aan zijn DNA veroorzaken met behulp van een genoombewerkingstool die bekend staat als CRISPR-Cas9. De astronauten laten de cellen deze schade herstellen, maak vervolgens veel kopieën van het gerepareerde gedeelte met behulp van een proces dat polymerasekettingreactie (PCR) wordt genoemd met een apparaat aan boord, de miniPCR. Een ander apparaat, minION, wordt vervolgens gebruikt om de gerepareerde sectie van DNA in die kopieën te sequensen. Sequencing toont de exacte volgorde van de basen, onthullen of de reparatie het DNA in de oorspronkelijke volgorde heeft hersteld of fouten heeft gemaakt.

Het onderzoek vertegenwoordigt een aantal primeurs, inclusief het eerste gebruik van CRISPR-Cas9 genetische bewerking op het ruimtestation en de eerste keer dat wetenschappers het hele schade- en reparatieproces in de ruimte evalueren.

"De schade gebeurt eigenlijk op het ruimtestation en de analyse gebeurt ook in de ruimte, " zei een van de onderzoekers van miniPCR Bio, Emily Gleason. "We willen begrijpen of DNA-reparatiemethoden in de ruimte anders zijn dan op aarde."

Dit onderzoek maakt deel uit van het programma Genes in Space. Opgericht door miniPCR en Boeing, het programma daagt studenten uit om DNA-experimenten in de ruimte te bedenken waarbij gebruik wordt gemaakt van de PCR-techniek en het miniPCR-apparaat op het station. Studenten dienen online ideeën in, en het programma kiest vijf finalisten. Deze finalisten worden gekoppeld aan een mentorwetenschapper die hen helpt hun idee om te zetten in een presentatie voor de ISS Research and Development Conference. Een jury selecteert een voorgesteld experiment om naar het ruimtestation te vliegen.

"We willen studenten inspireren om als wetenschappers te denken en hen de kans geven op een authentieke wetenschapservaring die hen niets kost, ", zegt Gleason. Vorig jaar hebben meer dan 550 studententeams ideeën ingediend. Het onderzoeksteam Genes in Space-6 bestaat uit Michelle Sung, Rebecca Li, en Aarthi Vijayakumar op Mounds View High School in Arden Hills, Minnesota, en David Li, nu eerstejaarsstudent aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts. Hun mentor is Kutay Deniz Atabay van het MIT.

Andere onderzoekers zijn Sarah E. Stahl en Sarah Wallace met NASA's Johnson Space Center Microbiology-groep in Houston; G. Guy Bushkin, Whitehead Instituut voor Biomedisch Onderzoek, Cambridge; Melissa L. Boyer, Teresa K. Tan, Kevin D. Foley, en D. Scott Copeland bij Boeing; en Ezequiel Alvarez Saavedra, Gleason, en Sebastian Kraves bij Amplyus LLC, in Cambridge. Amplyus is het moederbedrijf van miniPCR Bio.

"Eén ding zal het onderzoek ons ​​vertellen:ja, we kunnen deze dingen in de ruimte doen, " zei Gleason. "We verwachten dat de gist vaker de foutloze reparatiemethode gebruikt, dat is wat we op aarde zien; maar we weten niet zeker of het hetzelfde zal zijn of niet. uiteindelijk, we kunnen deze kennis gebruiken om astronauten te beschermen tegen DNA-schade veroorzaakt door kosmische straling tijdens lange reizen en om genoombewerking in de ruimte mogelijk te maken."

De procedures die in dit onderzoek worden gebruikt, kunnen ook toepassingen hebben om mensen te beschermen tegen straling en andere gevaren op afgelegen en ruwe locaties op aarde.