Kreditna slika: UC Berkeley
Ista vrhunska tehnologija, ki je pospešila sekvenciranje človeškega genoma, bi nam lahko ob koncu desetletja enkrat za vselej sporočila, ali je na Marsu sploh obstajalo življenje, trdi kemičarka iz kalifornijske univerze Berkeley.
Richard Mathies, profesor kemije v UC Berkeley in razvijalec prvih kapilarnih elektroforeznih nizov in novih fluorescentnih nalepk za barvanje s prenosom energije - oboji, ki se uporabljajo v današnjih sekvenceh DNK - deluje na instrumentu, ki bi s temi tehnologijami uporabil meritve prahu na Marsu za dokaze o življenju aminokisline, ki temeljijo na beljakovinah.
Študentka Alison Skelley v Rock Garden, enem od krajev v čilski puščavi Atacama, kjer so raziskovalci vzorčili zemljo za aminokisline v pripravi na pošiljanje instrumenta na Mars, da bi iskali znake življenja. Ruševine mesta Yunguy so v ozadju. (Fotografski prispevek Richard Mathies laboratorij / UC Berkeley)
Z dvema donacijama za razvoj NASA v skupni vrednosti skoraj 2,4 milijona dolarjev, on in člani skupine iz Laboratorija za reaktivni pogon (JPL) na kalifornijskem tehnološkem inštitutu in oceanografske ustanove UC San Diego Scripps upajo, da bodo zgradili Mars Organic Analyzer, ki bo letel na krovu NASA-inega veslanja robotska misija Mars Science Laboratory in / ali misija Evropske agencije za vesoljsko agencijo ExoMars, ki bo predvidoma predstavljena leta 2009. Predlog ExoMars je v sodelovanju s Pascalejem Ehrenfreundom, izrednim profesorjem astrokemije na Univerzi v Leidnu na Nizozemskem.
Mars Organic Analyser, ki so ga poimenovali MOA, ne išče le kemičnega podpisa aminokislin, ampak tudi preskuse kritične značilnosti aminokislin, ki temeljijo na življenju: vse so leve roke. Aminokisline lahko tvorijo fizični procesi v vesolju - pogosto jih najdemo v meteoritih - vendar so približno enako levičarji in desničarji. Če imajo aminokisline na Marsu prednost pred levo usmerjenimi aminokislinami z desnico ali obratno, bi lahko prišle le iz neke življenjske oblike na planetu, je dejal Mathies.
"Menimo, da bi bilo merjenje homohiralnosti - razširjenost ene vrste predaje nad drugo - popoln dokaz življenja," je dejal Mathies, član UC Berkeley iz kalifornijskega inštituta za kvantitativne biomedicinske raziskave (QB3). "Zato smo se osredotočili na to vrsto eksperimenta. Če gremo na Mars in najdemo aminokisline, vendar ne merimo njihove hiralnosti, se bomo počutili zelo neumne. Naš instrument to zmore. "
MOA je eden izmed različnih instrumentov, ki se razvijajo z NASA-jem sredstvom za iskanje prisotnosti organskih molekul na Marsu, končni predlogi za misijo 2009 pa naj bi bili sredi julija. Mathies in sodelavci Jeffrey Bada iz Scrippsa in Frank Grunthaner iz podjetja JPL, ki nameravajo predložiti edini predlog, ki testira sposobnost aminokislin, so analitik preizkusili in pokazali, da deluje. Podrobnosti o njihovem predlogu so zdaj na spletu na naslovu http://astrobiology.berkeley.edu.
Februarja sta Grunthanerjeva in študentka diplomantke UC Berkeley Alison Skelley odpotovala v čilsko puščavo Atacama, da bi ugotovila, ali lahko detektor aminokislin - imenovan Mars Organic detector ali MOD - najde aminokisline v najbolj suhi regiji planeta. MOD je zlahka uspel. Ker pa druga polovica poskusa - "laboratorij na čipu", ki testira sposobnost aminokislin, še ni bila poročena z MOD, so raziskovalci vzorce vrnili v UC Berkeley za ta del test. Skelley je uspešno zaključil te poskuse, ki so pokazali združljivost sistema laboratorij na čipu z MOD.
"Če ne morete zaznati življenja v regiji Yungay v puščavi Atacama, nimate nobenega posla na Mars," je dejal Mathies, ki se je nanašal na puščavsko regijo v Čilu, kjer je posadka bivala in opravila nekaj svojih testov.
Mathies, ki je pred 12 leti razvil prve separatorje elektroforeze s kapilarno matriko, ki jih je Amersham Biosciences prodajal v svojih hitrih sekvencah DNK, je prepričan, da bodo njegove izboljšave tehnologije, uporabljene v projektu genoma, popolnoma vključene v raziskovalne projekte Marsa.
"S pomočjo mikrofluidne tehnologije, ki smo jo razvili, in z zmožnostjo izdelave nizov analizatorjev in situ, ki izvajajo zelo preproste poskuse relativno poceni, nam ni treba ljudi na Marsu izvajati dragocenih analiz," je dejal. "Do zdaj smo pokazali, da lahko ta sistem zazna življenje v prstnem odtisu in da lahko na terenu naredimo popolno analizo. Resnično smo navdušeni nad prihodnjimi možnostmi. "
Bada, morski kemik, je eksobiolog skupine, ki je pred skoraj ducatom let razvil nov način testiranja aminokislin, aminov (razgradnih aminokislin) in policikličnih aromatskih ogljikovodikov, organskih spojin, ki so pogoste v vesolju. Ta eksperiment, MOD, je bil izbran za misijo leta 2003 na Mars, ki so jo odstavili, ko se je leta 1999 zrušil Mars Polar Lander.
Od takrat se Bada združuje z Mathiesom, da bi razvili bolj ambiciozen instrument, ki združuje izboljšani MOD z novo tehnologijo za prepoznavanje in testiranje hiralnosti zaznanih aminokislin.
Končni cilj je najti dokaz življenja na Marsu. Rejci iz Vikingov so v sedemdesetih letih neuspešno testirali organske molekule na Marsu, vendar je bila njihova občutljivost tako nizka, da ne bi mogli zaznati življenja, tudi če bi bilo milijon bakterij na gram zemlje, je dejal Bada. Zdaj ko so NASA roverji Spirit and Opportunity skoraj zagotovo pokazali, da je nekoč na površju obstajala stoječa voda, je cilj najti organske molekule.
MOD Bada je zasnovan za segrevanje marsovskih vzorcev zemlje in v nizkem tlaku na površini hlapi morebitne organske molekule, ki so prisotne. Hlapi se nato kondenzirajo na hladnem prstu, loputa, ki se ohladi na Marsovo zunanjo nočno temperaturo, približno 100 stopinj pod ničlo Fahrenheita. Hladen prst je prevlečen s sledljivimi barvili fluoreskamina, ki se vežejo samo na aminokisline, tako da vsak fluorescenčni signal kaže na prisotnost aminokislin ali aminov.
"Trenutno lahko v gramu zemlje zaznamo trilijonto grama aminokislin, kar je milijonkrat bolje kot Viking," je dejal Bada.
Dodani kapilarni sistem elektroforeze odvaja kondenzirano tekočino s hladnega prsta in jo sifonira v laboratorij na čip z vgrajenimi črpalkami in ventili, ki tekočino usmerjajo mimo kemikalij, ki pomagajo prepoznati aminokisline in preverijo ročnost ali kiralnost .
"MOD je zaslišanje na prvi stopnji, kjer se vzorec pregleda na prisotnost fluorescentnih vrst, vključno z aminokislinami," je dejal Skelley. „Nato instrument za kapilarno elektroforezo naredi drugo stopnjo analize, kjer dejansko razrešimo te različne vrste in lahko povemo, kakšne so. Oba instrumenta sta zasnovana tako, da se dopolnjujeta in nadgrajujeta drug drugega. "
"Rich je ta poskus prevzel v naslednjo dimenzijo. Resnično imamo sistem, ki deluje, "je dejal Bada. »Ko sem začel razmišljati o testih za hiralnost in prvič govoril z Richom, smo imeli idejne ideje, vendar nič, kar dejansko ni delovalo. Popeljal ga je do točke, ko imamo prenosni instrument, ki je pošten do Boga. "
Aminokisline, gradniki beljakovin, lahko obstajajo v dveh oblikah zrcalne slike, označenih z L (levo) za levičarje in D (dekstro) za desničarje. Vsi proteini na Zemlji so sestavljeni iz aminokislin tipa L, kar omogoča, da se veriga lepo zloži v kompakten protein.
Kot opisuje Mathies, test na hiralnost izkorišča dejstvo, da se levičarji aminokisline bolj prilegajo levičarskemu kemičnemu rokavicu, desničarji pa aminokislinam z desnico. Če aminokisline z leve in desne desnice potujejo po tanki kapilarni cevki, obloženi z levičastimi pršicami, bodo levičarji potovali počasneje, ker na poti zdrsnejo v pršicah. To je kot levičarski politik, ki dela množico, je dejal. Počasneje se bo premikala bolj levičarji v množici, ker so to edini ljudje, s katerimi se bodo rokovali. V tem primeru je levičarski mit kemikalija imenovana ciklodekstrin.
Različne aminokisline - obstaja 20 različnih vrst, ki jih človek uporablja - tudi potujejo po cevi po različnih hitrostih, kar omogoča delno identifikacijo prisotnih.
"Ko MOD odkrije aminokisline, se označena raztopina aminokislin odnese v mikrofluidike in grobo loči od naboja," je dejal Mathies. "Mobilnost aminokislin nam pove nekaj o naboju in velikosti in, če so prisotni ciklodekstrini, ali imamo racemično mešanico, torej enako količino levo-desnih aminokislin. Če to storimo, bi lahko bile aminokisline nebiološke. Toda če vidimo kiralni presežek, vemo, da morajo biti aminokisline po biološkem izvoru. "
Najsodobnejši čip, ki ga je zasnoval in zgradil Skelley, je sestavljen iz kanalov, ki so jih vtisnili fotolitografski tehniki, in mikrofluidnega črpalnega sistema, vdelanega v štiriplastni disk s premerom 4 centimetrov, pri čemer so sloji povezani z vrtanimi kanali. Drobni mikrofabrificirani ventili in črpalke so ustvarjeni iz dveh steklenih plasti s fleksibilno polimerno membrano (PDMS ali polidimetilsiloksan), membrano, premikano navzgor in navzdol s pomočjo tlačnega ali vakuumskega vira. Fizični kemik UC Berkeley James Scherer, ki je zasnoval instrument kapilarne elektroforeze, je razvil tudi občutljiv fluorescenčni detektor, ki hitro odčita vzorec na čipu.
Ena od trenutnih donacij NASA-jeve skupine je za razvoj mikrofabriciranega organskega laboratorija naslednje generacije ali MOL, ki bo letel na Mars, Jupitrovo luno, Evropo ali morda komet in opravil še bolj izpopolnjene kemijske teste v iskanju popolnejšega nabora organskih snovi molekule, vključno z nukleinskimi kislinami, strukturnimi enotami DNK. Za zdaj pa je cilj instrument, pripravljen do leta 2009, da bo presegel trenutne poskuse na letalih Mars 2003 in iskal aminokisline.
"Spomniti se morate, da do zdaj na Marsu nismo zaznali nobenega organskega materiala, zato bi bil to velik korak naprej," je dejal Bada. „Pri lovu na življenje obstajata dve zahtevi: voda in organske spojine. Glede na nedavne ugotovitve marsovskih roverjev, ki nakazujejo, da je prisotna voda, so ostale neznane organske spojine. Zato se osredotočamo na to.
"Mars Organic Analyzer je zelo močan eksperiment in naše veliko upanje je, da bomo našli ne samo aminokisline, ampak aminokisline, ki so videti, kot da bi prišle iz neke žive entitete."
Izvirni vir: Berkeley News Release
