Attēla kredīts: UC Berkeley
Tā pati progresīvā tehnoloģija, kas paātrināja cilvēka genoma sekvenēšanu, līdz desmitgades beigām vienreiz un uz visiem laikiem varētu mums pateikt, vai kādreiz uz Marsa ir pastāvējusi dzīvība, sacīja Kalifornijas universitātes Bērklija ķīmiķis.
Richard Mathies, UC Berkeley ķīmijas profesors un pirmo kapilāro elektroforēzes bloku un jauno enerģijas pārneses fluorescējošo krāsvielu marķējumu izstrādātājs - abi tiek izmantoti mūsdienu DNS sekvenceros - strādā pie instrumenta, kas izmantotu šīs tehnoloģijas Marsa putekļu zonēšanai dzīvības pierādījumiem. uz aminoskābēm, kas ir olbaltumvielu pamatakmeņi.
Absolvente Alison Skelley klinšu dārzā, vienā no vietām Čīles Atacama tuksnesī, kur pētnieki veica aminoskābju paraugu ņemšanu augsnē, gatavojoties nosūtīt instrumentu uz Marsu, lai meklētu dzīvības pazīmes. Fonā atrodas Yunguy pilsētas drupas. (Foto pieklājīgi no Ričarda Matiča laboratorijas / UC Berkeley)
Ar divām NASA attīstības dotācijām, kuru kopsumma ir gandrīz 2,4 miljoni USD, viņš un komandas locekļi no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta reaktīvo dzinēju laboratorijas (JPL) un UC Sandjego Scripps Institūcijas okeanogrāfijas institūcijas cer uzbūvēt Mars Organic Analyzer, lai lidotu uz NASA roving, robotu Mars Science Laboratory misija un / vai Eiropas Kosmosa aģentūras ExoMars misija, kuras abas ir plānotas uzsākt 2009. gadā. ExoMars priekšlikums ir sadarbībā ar Pascale Ehrenfreund, Nīderlandes Leidenes universitātes asteroķīmijas profesoru.
Mars Organic Analyzer, saukts par MOA, meklē ne tikai aminoskābju ķīmisko parakstu, bet arī testē dzīvībai nepieciešamo aminoskābju kritisko īpašību: tās visas ir kreisās rokas. Aminoskābes var radīt fizikāli procesi kosmosā - tās bieži sastopamas meteorītos, bet tās ir vienādi ar kreiso un labo roku. Ja uz Marsa esošās aminoskābes dod priekšroku kreiso roku nodotajām labās puses aminoskābēm vai otrādi, tās varēja būt tikai no kādas planētas dzīvības formas, sacīja Matīss.
"Mēs uzskatām, ka viendabīguma noteikšana - viena veida savaldība pārsvars pār otru - būtu absolūts dzīvības pierādījums," sacīja Matīss, Kalifornijas Kvantitatīvās biomedicīnas pētījumu institūta (QB3) UC Berkeley loceklis. “Tāpēc mēs koncentrējāmies uz šāda veida eksperimentiem. Ja mēs dosimies uz Marsu un atradīsim aminoskābes, bet nemērīsim to hirāli, mēs jutīsimies ļoti muļķīgi. Mūsu instruments to var izdarīt. ”
MOA ir viens no dažādiem instrumentiem, kas tiek izstrādāti ar NASA finansējumu, lai meklētu organisko molekulu klātbūtni uz Marsa, un galīgie priekšlikumi 2009. gada misijai notiks jūlija vidū. Matiiji un kolēģi Džefrijs Bada no Scripps un Frenks Grunthaners no JPL, kuri plāno iesniegt vienīgo priekšlikumu, kurā tiek pārbaudīta aminoskābju pieejamība, ir uzlikuši analizatoru un parādījuši, ka tas darbojas. Sīkāka informācija par viņu priekšlikumu tagad ir pieejama vietnē http://astrobiology.berkeley.edu.
Februārī Grunthaners un UC Berkeley absolvents Alison Skelley devās uz Čīles Atacama tuksnesi, lai noskaidrotu, vai aminoskābju detektors - saukts par Mars Organic Detector jeb MOD - varētu atrast aminoskābes planētas sausākajā reģionā. MOD viegli guva panākumus. Tomēr, tā kā eksperimenta otrā puse - “laboratorijā-uz-mikroshēmā”, kas pārbauda aminoskābju pieejamību - vēl nebija precējusies ar MOD, pētnieki nogādāja paraugus atpakaļ UC Berkeley šai daļai pārbaude. Skelley tagad ir veiksmīgi pabeidzis šos eksperimentus, parādot mikroshēmas laboratorijas savietojamību ar MOD.
"Ja jūs nevarat atklāt dzīvību Atakamas tuksneša Yungay reģionā, jums nav jādodas uz Marsu," sacīja Matīss, atsaucoties uz tuksneša reģionu Čīlē, kur apkalpe uzturējās un veica dažus no viņu testiem.
Matīss, kurš pirms 12 gadiem izstrādāja pirmos kapilāru bloku elektroforēzes separatorus, kurus Amersham Biosciences tirgo savos ātrajos DNS sekveneros, ir pārliecināts, ka viņa grupas veiktie uzlabojumi genoma projektā izmantotajai tehnoloģijai lieliski iekļausies Marsa izpētes projektos.
"Ar tāda veida mikrofluidic tehnoloģiju, kādu mēs esam izstrādājuši, un mūsu spēju izgatavot in situ analizatoru blokus, kas salīdzinoši lēti veic ļoti vienkāršus eksperimentus, mums nav nepieciešams, lai cilvēki uz Marsa veiktu vērtīgas analīzes," viņš teica. “Līdz šim mēs esam parādījuši, ka šī sistēma var noteikt dzīvību pirkstu nospiedumos un ka mēs varam veikt pilnīgu analīzi uz lauka. Mēs esam patiesi satraukti par nākotnes iespējām. ”
Jūras ķīmiķis Bada ir komandas eksobiologs, kurš pirms gandrīz divpadsmit gadiem ir izstrādājis jaunu veidu, kā pārbaudīt aminoskābes, amīnus (aminoskābju sadalīšanās produktus) un policikliskos aromātiskos ogļūdeņražus - organiskos savienojumus, kas ir izplatīti Visumā. Šis eksperiments, MOD, tika izvēlēts 2003. gada misijai uz Marsu, kas tika nodots metāllūžņos, kad 1999. gadā avarēja Marsa polārais Landeris.
Kopš tā laika Bada ir sadarbojusies ar Mathies, lai izstrādātu vērienīgāku instrumentu, kas apvieno uzlabotu MOD ar jauno tehnoloģiju atklāto aminoskābju hirālitātes noteikšanai un pārbaudei.
Galīgais mērķis ir atrast dzīvības pierādījumu uz Marsa. Vikingu nosēšanās 1970. gados neveiksmīgi pārbaudīja organiskās molekulas uz Marsa, taču to jutība bija tik zema, ka viņiem nebūtu izdevies atklāt dzīvību pat tad, ja vienā gramā augsnes būtu miljons baktēriju, sacīja Bada. Tagad, kad NASA apgāds Gars un Iespēja gandrīz noteikti ir parādījis, ka stāvošs ūdens kādreiz pastāvēja uz virsmas, mērķis ir atrast organiskas molekulas.
Bada’s MOD ir paredzēts Marsa augsnes paraugu sildīšanai un zemā spiedienā uz virsmas iztvaicējot visas iespējamās organiskās molekulas. Tad tvaiki kondensējas uz auksta pirksta, slazdā, kas atdzesēts līdz Marsa apkārtējās vides temperatūrai, aptuveni 100 grādiem zem nulles pēc Fārenheita. Aukstais pirksts ir pārklāts ar fluorescamīna krāsvielu marķieriem, kas saistās tikai ar aminoskābēm, tā, ka jebkurš fluorescējošs signāls norāda uz aminoskābju vai amīnu klātbūtni.
"Šobrīd mēs varam noteikt vienu triljonu gramu aminoskābju gramā augsnes, kas ir miljons reizes labāk nekā Viking," sacīja Bada.
Pievienotā kapilārā elektroforēzes sistēma izsūc kondensēto šķidrumu no aukstā pirksta un sifonē to uz laboratorijas mikroshēmā ar iebūvētiem sūkņiem un vārstiem, kas šķidrumu ved pa ķimikālijām, kas palīdz identificēt aminoskābes un pārbauda roku kustīgumu vai hirālitāti. .
"MOD ir pirmā posma pratināšana, kurā paraugu pārbauda, lai noteiktu fluorescējošas sugas, ieskaitot aminoskābes," sacīja Skelley. “Tad kapilārais elektroforēzes instruments veic otrā posma analīzi, kurā mēs faktiski izšķir šīs dažādās sugas un var pateikt, kas tās ir. Abi instrumenti ir izstrādāti, lai papildinātu un balstītu viens otru. ”
“Bagātais ir pārņēmis šo eksperimentu nākamajā dimensijā. Mums tiešām ir sistēma, kas darbojas, ”sacīja Bada. “Kad es sāku domāt par hirālitātes testiem un vispirms runāju ar Riču, mums bija konceptuālas idejas, bet nekas, kas patiesībā funkcionēja. Viņš to ir paņēmis līdz vietai, kurā mums ir godīgs Dievam portatīvs instruments. ”
Aminoskābes, kas ir olbaltumvielu pamatelementi, var pastāvēt divās spoguļattēla formās, kuras apzīmē ar L (levo) kreisajām un D (dextro) ar labo roku. Visi proteīni uz Zemes sastāv no L veida aminoskābēm, ļaujot virknei no tām labi salocīties kompaktā proteīnā.
Kā to raksturo Matiijs, hirālitātes pārbaudē tiek ņemts vērā fakts, ka kreisās puses aminoskābes visprecīzāk iekļaujas kreisās rokas ķīmiskajā “kausējumā” un labās puses aminoskābes labajā pusē esošajā kausējumā. Ja gan kreisās, gan labās rokas aminoskābes pārvietojas pa plānu kapilāru caurulīti, kas izklāta ar kreiso roku dūraiņiem, kreisās rokas pārvietojas lēnāk, jo tās garām slīd cimdos. Viņš teica, ka tas ir kā kreisās puses politiķis, kurš strādā pūļa priekšā. Viņa kustēsies lēnāk, jo vairāk pūļu ir ar kreiso roku, jo šie ir vienīgie cilvēki, ar kuriem viņa kratīsies. Šajā gadījumā kreisā roka ir ķīmiska viela, ko sauc par ciklodekstrīnu.
Dažādas aminoskābes - ir 20 dažādu veidu, ko izmanto cilvēki - arī caur cauruli pārvietojas ar dažādu ātrumu, kas ļauj daļēji identificēt klātesošos.
"Pēc tam, kad MOD ir noteicis aminoskābes, marķēto aminoskābju šķīdumu iesūknē mikrofluīdos un rupji atdala ar lādiņu," sacīja Matīss. “Aminoskābju mobilitāte kaut ko saka par lādiņu un lielumu, un, ja ir ciklodekstrīni, vai mums ir racēmisks maisījums, tas ir, vienāds daudzums kreiso un labo roku aminoskābju. Ja mēs to darām, aminoskābes varētu būt nebioloģiskas. Bet, ja mēs redzam hirālu pārpalikumu, mēs zinām, ka aminoskābēm jābūt bioloģiski ražotām. ”
Skelley izstrādātā un uzbūvētā vismodernākā mikroshēma sastāv no kanāliem, kas iegravēti ar fotolitogrāfijas paņēmieniem, un mikrofluidālas sūknēšanas sistēmas, kas iestiprināta četru slāņu diskā, kura diametrs ir četras collas, un slāņi ir savienoti ar urbtiem kanāliem. Sīkie, mikrofabricētie vārsti un sūkņi ir izveidoti no diviem stikla slāņiem ar elastīgu polimēra (PDMS vai polidimetilsiloksāna) membrānu, kas atrodas starp tiem, tiek pārvietoti uz augšu un uz leju, izmantojot spiediena vai vakuuma avotu. UC Bērkli fiziskais ķīmiķis Džeimss Šherers, kurš projektēja kapilārā elektroforēzes instrumentu, arī izstrādāja jutīgu fluorescences detektoru, kas ātri nolasa mikroshēmas modeli.
Viena no komandas pašreizējām NASA piešķīrumiem ir paredzēta nākamās paaudzes mikrofabrikātu organiskās laboratorijas jeb MOL izstrādei, lai lidotu uz Marsu, Jupitera mēness Europa vai varbūt komētu un veiktu vēl sarežģītākus ķīmiskos testus, meklējot pilnīgāku organisko savienojumu komplektu. molekulas, ieskaitot nukleīnskābes, DNS strukturālās vienības. Tomēr pagaidām mērķis ir instruments, kas ir gatavs līdz 2009. gadam, lai pārsniegtu pašreizējos eksperimentus uz Marsa 2003 roveriem un meklētu aminoskābes.
"Jums jāatceras, ka līdz šim mēs neesam atklājuši nevienu organisku materiālu uz Marsa, tāpēc tas būtu milzīgs solis uz priekšu," sacīja Bada. “Dzīvības medībās ir divas prasības: ūdens un organiskie savienojumi. Ņemot vērā nesenos Marsa roveru atklājumus, kas liek domāt, ka ir ūdens, atlikušie nezināmie ir organiskie savienojumi. Tāpēc mēs koncentrējamies uz to.
"Mars Organic Analyzer ir ļoti spēcīgs eksperiments, un mūsu lielā cerība ir atrast ne tikai aminoskābes, bet arī aminoskābes, kas izskatās kā tās varētu nākt no kaut kādas dzīvas būtnes."
Oriģinālais avots: Berkeley News Release
