Pildikrediit: UC Berkeley
Sama tipptasemel tehnoloogia, mis kiirendas inimese genoomi sekveneerimist, võiks kümnendi lõpuks öelda meile lõplikult, kas Marsil eksisteeris elu ka California ülikooli Berkeley keemiku sõnul.
Richard Mathies, UC Berkeley keemiaprofessor, esimeste kapillaarelektroforeesi massiivide ja uute energiaülekandega fluorestsentsvärvide siltide väljatöötaja - mõlemad on kasutusel tänapäeva DNA sekveneerijates - on tööl seadmel, mis kasutaks neid tehnoloogiaid Marsi tolmu sondimiseks elu tõendamiseks - põhinevad aminohapped, valkude ehitusplokid.
Kraadiõppur Alison Skelley Rocki aias, mis on üks Tšiili Atacama kõrbes asuvatest paikadest, kus teadlased proovisid aminohapete pinnast, valmistades selleks ette vahendit Marsile, et otsida elumärke. Yunguy linna varemed on tagaplaanil. (Foto viisakalt Richard Mathies lab / UC Berkeley)
NASA kahe arendustoetusega kogusummas ligi 2,4 miljonit dollarit loodavad ta koos California tehnikainstituudi reaktiivmootorite laboratooriumi (JPL) meeskonna liikmete ja UC San Diego okeanograafiainstituudi Scripps Institutionsiga ehitada Marsi orgaanilise analüsaatori, et lennata NASA pardal, robotite Marsi teaduslabori missioon ja / või Euroopa Kosmoseagentuuri missioon ExoMars, mõlemad plaanitakse käivitada 2009. aastal. ExoMarsi ettepanek on koostöös Hollandi Leideni ülikooli astrokeemia dotsendi Pascale Ehrenfreundiga.
Mahe orgaaniline analüsaator, mida nimetatakse MOA, ei otsi mitte ainult aminohapete keemilist allkirja, vaid testib elupõhiste aminohapete kriitilisi omadusi: need on kõik vasakukäelised. Aminohappeid saab teha kosmose füüsikaliste protsesside abil - neid leidub sageli meteoriitides -, kuid need on võrdselt nii vasak- kui ka paremakäelised. Kui Marsil olevad aminohapped eelistavad vasakukäelisi paremakäelisi aminohappeid või vastupidi, võisid need pärineda vaid mingist planeedi eluvormist, ütles Mathies.
"Meile tundub, et homohomaalsuse mõõtmine - ühte tüüpi käelikkuse levimus teise suhtes - oleks elu absoluutne tõestusmaterjal," ütles California kvantitatiivsete biomeditsiiniliste uuringute instituudi (QB3) UC Berkeley liige Mathies. „Seetõttu keskendusime seda tüüpi eksperimendile. Kui läheme Marsile ja leiame aminohappeid, kuid ei mõõda nende kiraalsust, siis tunneme end väga rumalana. Meie instrument saab sellega hakkama. ”
MOA on üks paljudest väljatöötamisel olevatest vahenditest, mida NASA rahastab Marsil orgaaniliste molekulide olemasolu otsimiseks. Lõplikud ettepanekud 2009. aasta missiooniks peaksid toimuma juuli keskel. Mathies ja tema kolleegid Jeffrey Bada Scrippsist ja Frank Grunthaner JPL-st, kes plaanivad esitada ainsa ettepaneku, mis testib aminohapete käepärasust, on pannud analüsaatori proovile ja näidanud, et see töötab. Nende ettepaneku üksikasjad on nüüd veebis aadressil http://astrobiology.berkeley.edu.
Veebruaris sõitsid Grunthaner ja UC Berkeley kraadiõppur Alison Skelley Tšiili Atacama kõrbe, et uurida, kas aminohapete detektor - nn Marsi orgaaniline detektor ehk MOD - võib leida aminohappeid planeedi kuivemas piirkonnas. MOD õnnestus kergesti. Kuna eksperimendi teine pool - aminohapete käelisust testiv “lab-on-a-chip” - polnud veel MOD-iga abielus, viisid teadlased proovid UC Berkeleysse tagasi selle osa sellest test. Skelley on need katsed nüüd edukalt lõpetanud, näidates kiibis lab-on-süsteemi ühilduvust MOD-iga.
"Kui te ei suuda elu Atacama kõrbe Yungay piirkonnas tuvastada, pole teil mingit asja Marsile minna," ütles Mathies, viidates Tšiili kõrbepiirkonnale, kus meeskond viibis ja viis läbi mõned katsed.
Mathies, kes arendas 12 aastat tagasi välja esimesed kapillaaride massiivi elektroforeesi eraldajad, mida Amersham Biosciences turustas nende kiiretes DNA järjestustes, on kindel, et tema grupi genoomiprojektis kasutatava tehnoloogia täiustused sobivad suurepäraselt Marsi uuringuprojektidesse.
"Kuna oleme välja töötanud sellise mikrovedeliku tehnoloogia ja võime teha in situ analüsaatorite massiive, mis viivad suhteliselt odavalt läbi väga lihtsaid katseid, ei pea meil väärtuslike analüüside tegemiseks olema inimesi Marsi peal," sõnas ta. „Siiani oleme näidanud, et see süsteem suudab tuvastada elu sõrmejälgede abil ja et me saame valdkonnas teha täieliku analüüsi. Oleme tulevikuvõimaluste üle tõeliselt põnevil. ”
Merekeemik Bada on meeskonna eksobioloog, kes on kümmekond aastat tagasi välja töötanud uudse viisi aminohapete, amiinide (aminohapete lagunemissaadused) ja polütsükliliste aromaatsete süsivesinike, universumis levinud orgaaniliste ühendite testimiseks. See eksperiment, MOD, valiti 2003. aasta missioonile Marsile, mis lasti vanaks, kui Marsi Polaar Lander 1999. aastal kukkus.
Pärast seda on Bada teinud Mathiesiga koostööd, et töötada välja ambitsioonikam instrument, mis ühendaks täiustatud MODi uue tehnoloogiaga tuvastatud aminohapete kiraalsuse tuvastamiseks ja testimiseks.
Lõppeesmärk on leida tõend elu kohta Marsil. 1970-ndate Vikingi maandurid testisid Marsil ebaõnnestunult orgaaniliste molekulide suhtes, kuid nende tundlikkus oli nii madal, et nad poleks suutnud elu tuvastada isegi siis, kui mullas oleks miljon miljonit bakterit, ütles Bada. Nüüd, kui NASA kanderaam Spirit ja Opportunity on peaaegu kindlalt näidanud, et seisev vesi oli pinnal kunagi olemas, on eesmärk leida orgaanilisi molekule.
Bada MOD on mõeldud Marsi pinnaseproovide soojendamiseks ja pinnal esineva madala rõhu korral aurustumiseks võimalike orgaaniliste molekulide aurustamiseks. Seejärel kondenseerub aur külma sõrme külge, lõksu jahutatakse Marsi öise temperatuurini, umbes 100 kraadi alla nulli Fahrenheiti. Külm sõrm on kaetud fluorestsamiinvärvide märgistusainetega, mis seonduvad ainult aminohapetega, nii et iga fluorestsentssignaal näitab aminohapete või amiinide olemasolu.
"Praegu suudame tuvastada ühe triljoni grammi aminohapete grammi mullas, mis on miljon korda parem kui Vikingul," ütles Bada.
Lisatud kapillaarelektroforeesisüsteem imeb kondenseerunud vedeliku külma sõrme küljest lahti ja sifoonib selle sisse-sisse-ehitatud kiibisse sisseehitatud pumpade ja ventiilidega, mis suunavad vedeliku mööda kemikaale, mis aitavad tuvastada aminohappeid ja kontrollida käepärasust või kiraalsust .
"MOD on ülekuulamine esimese etapina, kus proovi uuritakse fluorestsentsi tekitavate liikide, sealhulgas aminohapete olemasolu suhtes," ütles Skelley. “Seejärel teeb kapillaarelektroforeesi instrument teise etapi analüüsi, kus me need erinevad liigid tegelikult lahendame ja saame teada, mis need on. Need kaks instrumenti on loodud üksteist täiendama ja üksteisele üles ehitama. ”
„Rich on võtnud selle katse järgmisesse dimensiooni. Meil on tõesti süsteem, mis töötab, ”sõnas Bada. „Kui hakkasin mõtlema kiraalsuse testidele ja rääkisin kõigepealt Richiga, tekkisid meil kontseptuaalsed ideed, kuid miski, mis tegelikult toimis. Ta on viinud selle niikaugele, et meil on kaasaskantav jumala aus instrument. ”
Aminohapped, valkude ehitusplokid, võivad esineda kahes peegelpildis, tähistatud L (levo) vasakukäeliste jaoks ja D (dextro) parempoolsete jaoks. Kõik Maal olevad valgud koosnevad L-tüüpi aminohapetest, mis võimaldab nende ahelal kenasti kompaktseks valguks kokku voldida.
Nagu Mathies seda kirjeldab, kasutab kiraalsuse test ära asjaolu, et vasakukäelised aminohapped sobivad paremini vasakukäelise keemilise koostisega ja paremakäelised aminohapped paremakäeliseks. Kui nii vasak- kui ka paremakäelised aminohapped liiguvad mööda õhukeset kapillaartoru, mis on vooderdatud vasakukäeliste labakindadega, siis vasakukäelised liiguvad aeglasemalt, kuna libisevad labakindadele mööda teed. Ta ütles, et see on nagu vasakukäeline poliitik, kes töötab rahvamassiga. Ta liigub aeglasemalt vasakukäelistesse rahvamassi, sest need on ainsad inimesed, kellega ta kätt surub. Sel juhul on vasakukäeline mitt kemikaal, mida nimetatakse tsüklodekstriiniks.
Erinevad aminohapped - neid on 20 erinevat tüüpi, mida inimesed kasutavad - liiguvad torust mööda ka erineva kiirusega, mis võimaldab kohalolnuid osaliselt tuvastada.
"Pärast seda, kui MOD on avastanud aminohapped, pumbatakse märgistatud aminohappelahus mikrovedelikesse ja eraldatakse toorproduktiga," ütles Mathies. “Aminohapete liikuvus ütleb meile midagi laengu ja suuruse kohta ning kui tsüklodekstriinid on olemas, siis kas meil on ratseemilist segu, st võrdse koguse vasaku ja paremakäelisi aminohappeid. Kui me seda teeme, võivad aminohapped olla mittebioloogilised. Kuid kui näeme kiraalset liigset, siis teame, et aminohapped peavad olema bioloogilise päritoluga. ”
Skelley projekteeritud ja ehitatud tipptasemel kiip koosneb fotolitograafiliste võtetega söövitatud kanalitest ja mikrofluidsest pumpamissüsteemist, mis on kihistatud neljakihiliseks, läbimõõduga neli tolli, kihid omavahel ühendatud puuritud kanalitega. Pisikesed mikrotöödeldud klapid ja pumbad luuakse kahest klaaskihist, mille vahel on painduv polümeer (PDMS või polüdimetüülsiloksaan) membraan, liigutatakse üles või alla, kasutades rõhu- või vaakumiallikat. Kapillaarelektroforeesi instrumendi kujundanud UC Berkeley füüsik-keemik James Scherer töötas välja ka tundliku fluorestsentsdetektori, mis loeb kiibil oleva mustri kiiresti läbi.
Üks meeskonna praeguseid NASA toetusi on mõeldud järgmise põlvkonna mikrokiudude tootmisega orgaanilise laboratooriumi ehk MOL arendamiseks, et lennata Marsile, Jupiteri kuule Europa või võib-olla komeedile ja viia läbi veelgi keerukamaid keemilisi katseid, otsides täiuslikumat orgaaniliste ainete komplekti. molekulid, sealhulgas nukleiinhapped, DNA struktuuriüksused. Praegu on eesmärk aga 2009. aastaks valmis instrument, et minna kaugemale praegustest katsetest, mis tehti Mars 2003 roveridel, ja otsida aminohappeid.
"Peate meeles pidama, et me pole seni Marsil ühtegi orgaanilist ainet tuvastanud, nii et see oleks tohutu samm edasi," ütles Bada. “Elujahil on kaks nõuet: vesi ja orgaanilised ühendid. Marsi roverite hiljutiste leidude põhjal, mis viitavad vee olemasolule, on allesjäänud tundmatud orgaanilised ühendid. Seetõttu keskendume sellele.
"Mahe orgaaniline analüsaator on väga võimas eksperiment ja meie suur lootus on leida mitte ainult aminohappeid, vaid ka aminohappeid, mis näevad välja nagu võiksid pärineda mingist elusolendist."
Algne allikas: Berkeley pressiteade
