Кредит за изображение: UC Berkeley
Същата авангардна технология, която ускорява последователността на човешкия геном, може до края на десетилетието да ни каже веднъж завинаги дали животът е съществувал някога на Марс, според университета в Калифорния, Бъркли, химик.
Ричард Матис, професор по химия на UC Berkeley и разработчик на първите капилярни електрофорези и нови флуоресцентни етикети за прехвърляне на енергия - и двете използвани в днешните ДНК секвенсери - работи върху инструмент, който би използвал тези технологии за изследване на прах на Марс за доказателства за живота базирани на аминокиселини, градивни елементи на протеини.
Аспирант Алисън Скели в Скалната градина, един от обектите в чилийската пустиня Атакама, където изследователи взеха проби от почвата за аминокиселини в подготовка за изпращане на инструмент до Марс, за да търсят признаци на живот. Руините на град Юнгуи са на заден план. (С любезното съдействие на лабораторията Ричард Матис / UC Berkeley)
С две безвъзмездни средства за развитие от НАСА на обща стойност близо 2,4 милиона долара, той и членовете на екипа от Лабораторията за реактивни двигатели (JPL) от Калифорнийския технологичен институт и Института по океанография на Скриппс на UC Сан Диего се надяват да създадат Марсов органичен анализатор, който да лети на борда на НАСА, Роботизирана мисия на научната лаборатория на Марс и / или мисията ExoMars на Европейската космическа агенция, като двете са планирани да стартират през 2009 г. Предложението ExoMars е в сътрудничество с Паскале Еренфройд, доцент по астрохимия в университета в Лайден в Холандия.
Марсовият органичен анализатор, наречен MOA, търси не само химичния признак на аминокиселините, но и тестове за критична характеристика на аминокиселини, базирани на живота: Всички са левичари. Аминокиселините могат да се получават чрез физически процеси в космоса - често се срещат в метеорити - но те са еднакво леви и десни. Ако аминокиселините на Марс имат предпочитание към ляво предаваните десни аминокиселини или обратно, те биха могли да произхождат само от някаква форма на живот на планетата, каза Матис.
„Ние смятаме, че измерването на хомохиралността - разпространението на един вид предаване над друг - би било абсолютно доказателство за живота“, казва Матис, член на UC Berkeley от Калифорнийския институт за количествени биомедицински изследвания (QB3). „Ето защо се фокусирахме върху този тип експерименти. Ако отидем до Марс и намерим аминокиселини, но не измерим хиралността им, ще се почувстваме много глупаво. Нашият инструмент може да го направи. "
MOA е един от най-различни инструменти в процес на разработка с финансиране от НАСА за търсене на присъствието на органични молекули на Марс, като окончателните предложения за мисията през 2009 г. трябва да бъдат предложени в средата на юли. Матис и колегите му Джефри Бада от Scripps и Франк Грунтханер от JPL, които планират да представят единственото предложение, което тества за предаване на аминокиселини, поставиха анализатора на теста и показаха, че той работи. Подробностите за тяхното предложение вече са в мрежата на адрес http://astrobiology.berkeley.edu.
През февруари абитуриентката от Грюнтханер и UC Berkeley Алисън Скели пътува до пустинята Атакама в Чили, за да провери дали детекторът на аминокиселини - наречен Марс органичен детектор или MOD - може да намери аминокиселини в най-сухия регион на планетата. МОД лесно успя. Въпреки това, тъй като втората половина на експеримента - „лаборатория на чип“, която тества за преносимост на аминокиселини - все още не е била омъжена за МОД, изследователите са върнали пробите в UC Berkeley за тази част от тест. Skelley успешно завърши тези експерименти, демонстрирайки съвместимостта на системата лаборатория на чип с MOD.
"Ако не можете да откриете живот в района на Юнгай в пустинята Атакама, нямате работа да отидете на Марс", каза Матис, като се позовава на пустинния регион в Чили, където екипажът отседна и проведе някои от своите тестове.
Матис, който преди 12 години разработи първите сепаратори за електрофореза на капилярни масиви, пуснати на пазара от Amersham Biosciences в бързите си ДНК секвенсери, е уверен, че подобренията на неговата група в технологията, използвана в проекта за геноми, ще се впишат перфектно в проектите за проучване на Марс.
„С вида на микрофлуидната технология, която сме разработили, и способността ни да правим масиви от in situ анализатори, които провеждат много прости експерименти сравнително евтино, не е необходимо да имаме хора на Марс, които да извършват ценни анализи“, каза той. „Досега показахме, че тази система може да открие живот с пръстов отпечатък и че можем да направим пълен анализ в тази област. Ние сме наистина развълнувани от бъдещите възможности. "
Бада, морски химик, е екзобиологът в екипа, разработил преди близо десетина години нов начин за тестване на аминокиселини, амини (продукти на разграждане на аминокиселини) и полициклични ароматни въглеводороди, органични съединения, често срещани във Вселената. Този експеримент, MOD, беше избран за мисия през 2003 г. на Марс, която беше бракувана при катастрофата на Марс Полярния ланд през 1999 г.
Оттогава Бада си партнира с Mathies, за да разработи по-амбициозен инструмент, който комбинира подобрен MOD с новата технология за идентифициране и тестване на хиралността на откритите аминокиселини.
Крайната цел е да се намери доказателство за живота на Марс. Викингите през 70-те години на миналия век са неуспешно тествани за органични молекули на Марс, но чувствителността им е била толкова ниска, че не биха успели да открият живот, дори ако имаше милион бактерии на грам почва, каза Бада. Сега, когато NASA Rovers Spirit and Opportunity почти със сигурност показаха, че стояща вода някога е съществувала на повърхността, целта е да се намерят органични молекули.
MOD на Bada е проектиран да загрява проби от марсианската почва и при ниско налягане на повърхността да изпарява всякакви органични молекули, които могат да присъстват. След това парата се кондензира върху студен пръст, капан, охладен до нощната температура на Марс, около 100 градуса под нулата по Фаренхайт. Студеният пръст е покрит с флуорескаминови багрилни следи, които се свързват само с аминокиселини, така че всеки флуоресцентен сигнал показва, че присъстват аминокиселини или амини.
„В момента ние можем да открием една трилионна част от грам аминокиселини в грам почва, което е милион пъти по-добро от викинга“, каза Бада.
Добавената капилярна система за електрофореза отпива кондензираната течност от студения пръст и я отвежда към лаборатория на чип с вградени помпи и клапани, които насочват течността към миналите химикали, които помагат да се идентифицират аминокиселините и да се провери за херметичност или хиралност ,
„MOD е разпит на първи етап, при който пробата се изследва за наличие на флуоресцентни видове, включително аминокиселини“, каза Скели. „Тогава инструментът за капилярна електрофореза прави анализ на втория етап, където реално разрешаваме тези различни видове и можем да кажем какви са те. Двата инструмента са предназначени да се допълват и надграждат един върху друг. "
„Рич е приел този експеримент в следващото измерение. Наистина имаме система, която работи “, каза Бада. „Когато започнах да мисля за тестове за хиралност и за пръв път разговарях с Рич, имахме концептуални идеи, но всъщност нищо не функционираше. Той го е отнесъл дотам, че имаме преносим инструмент, честен на Бога. "
Аминокиселините, градивните елементи на протеините, могат да съществуват в две огледални образни форми, обозначени L (levo) за левичари и D (dextro) за десни. Всички протеини на Земята са съставени от аминокиселини от типа L, което позволява верига от тях да се сгъва добре в компактен протеин.
Както го описва Матис, тестът за хиралност се възползва от факта, че ляво аминокиселините се вписват по-плътно в ляв химикал, а десните аминокиселини в дясната ръкавица. Ако и лявата, и дясната аминокиселини пътуват надолу по тънка капилярна тръба, облицована с ръкавици с лява ръкавица, левичарите ще пътуват по-бавно, защото се плъзгат в ръкавиците по пътя. Това е като ляв политик, който работи с тълпа, каза той. Тя ще се движи по-бавно по-левите хора в тълпата, защото това са единствените хора, с които ще се ръкува. В този случай лявата ръкавица е химикал, наречен циклодекстрин.
Различните аминокиселини - има 20 различни вида, използвани от хората - също пътуват по тръбата с различна скорост, което позволява частична идентификация на присъстващите.
"След като аминокиселините бъдат открити от MOD, белязаният разтвор на аминокиселини се изпомпва в микрофлуиди и грубо се разделя чрез зареждане", казва Матис. „Подвижността на аминокиселините ни говори нещо за заряда и размера и, когато са налице циклодекстрини, дали имаме рацемична смес, тоест равно количество лява и дясна аминокиселини. Ако го направим, аминокиселините могат да бъдат небиологични. Но ако видим хирален излишък, знаем, че аминокиселините трябва да имат биологичен произход. "
Най-модерният чип, проектиран и изграден от Skelley, се състои от канали, гравирани от фотолитографски техники и микрофлуидна помпена система, запечатана в четирислоен диск с диаметър четири инча, като слоевете са свързани с пробити канали. Малките микрофабрикувани клапани и помпи са създадени от два стъклени слоя с гъвкава полимерна (PDMS или полидиметилсилоксанова) мембрана между тях, преместена нагоре и надолу с помощта на източник на налягане или вакуум. Физичният химик на UC Berkeley Джеймс Шерер, който проектира инструмента за капилярна електрофореза, също разработи чувствителен детектор за флуоресценция, който бързо чете модела на чипа.
Една от текущите безвъзмездни средства на НАСА на НАСА е за разработване на микрофабрирана органична лаборатория от ново поколение или MOL, която да лети до Марс, Луна Европа на Юпитер или може би комета и да проведе още по-сложни химически тестове в търсене на по-пълен набор от органични молекули, включително нуклеинови киселини, структурните единици на ДНК. Засега обаче целта е инструмент, готов до 2009 г., да надхвърли настоящите експерименти на борда на марсоходите 2003 и да търси аминокиселини.
„Трябва да запомните, досега не сме открили органичен материал на Марс, така че това би било огромна стъпка напред“, каза Бада. „В лова за живот има две изисквания: вода и органични съединения. С последните открития на марсоходците, които предполагат наличието на вода, останалото неизвестно е органичните съединения. Ето защо ние се фокусираме върху това.
„Марсовият органичен анализатор е много мощен експеримент и нашата голяма надежда е да намерим не само аминокиселини, но и аминокиселини, които изглеждат като че биха могли да произхождат от някакво живо същество.“
Оригинален източник: Berkeley News Release
