Кредитна графіка: UC Berkeley
Та сама передова технологія, яка пришвидшила послідовність дії геному людини, могла б до кінця десятиліття сказати нам раз і назавжди, чи існувало коли-небудь життя на Марсі, повідомляє хімік університету Каліфорнії, Берклі.
Річард Маттіс, професор хімії УК Берклі та розробник перших масивів капілярного електрофорезу та нових флуоресцентних етикеток барвників для передачі енергії - обидва, які використовуються в сучасних секвенторах ДНК - працює над інструментом, який використовував би ці технології для зондування марсового пилу для підтвердження життя -амінокислоти на основі, будівельні блоки білків.
Аспірантка Елісон Скеллі в Скельному саду, одному з місць в чилійській пустелі Атакама, де дослідники взяли проби ґрунту для амінокислот, готуючись до відправки інструменту на Марс, щоб шукати ознаки життя. Руїни міста Юнгуй знаходяться на задньому плані. (Фото люб’язно надано лабораторією Річарда Матія / UC Berkeley)
Маючи два гранти НАСА на загальну суму майже 2,4 мільйона доларів, він та члени команди лабораторії реактивного руху (JPL) при Каліфорнійському технологічному інституті та Океанографії Інституту океанографії Scripps UC Сан-Дієго сподіваються побудувати Марський органічний аналізатор для польоту на борту NASA, Робототехнічна наукова лабораторія Марса та / або місія ExoMars Європейського космічного агентства, заплановані до запуску в 2009 році. Пропозиція ExoMars працює у співпраці з Паскалем Еренфреундом, доцентом астрохімії з Лейденського університету в Нідерландах.
Марський органічний аналізатор, який отримав назву MOA, шукає не лише хімічний підпис амінокислот, але і тести на критичну характеристику життєдіяльності амінокислот: вони всі ліві. Амінокислоти можуть утворюватися фізичними процесами в просторі - їх часто зустрічають у метеоритах - але вони приблизно однаково ліві та праві. Якщо амінокислоти на Марсі мають перевагу перед ліворукими амінокислотами, або навпаки, вони могли походити лише з якоїсь життєвої форми на планеті, сказав Маттіс.
"Ми вважаємо, що вимірювання гомохіральності - поширеності одного типу передачі рук над іншим - було б абсолютним доказом життя", - сказав Маттіс, член Університету Берклі Каліфорнійського інституту кількісних біомедичних досліджень (QB3). «Саме тому ми зосередилися на такому експерименті. Якщо ми вирушимо на Марс і знайдемо амінокислоти, але не виміряємо їх хиральність, ми будемо відчувати себе дуже нерозумно. Наш інструмент може це зробити ».
MOA - це один із найрізноманітніших інструментів, що розробляються за рахунок фінансування НАСА для пошуку присутності органічних молекул на Марсі, остаточні пропозиції до місії 2009 року мають відбутися в середині липня. Меттіс та його колеги Джеффрі Бада зі Скриппса та Френк Грюнтханер із JPL, які планують подати єдину пропозицію, яка перевіряє здатність амінокислот, поставили аналізатор і показали, що він працює. Деталі їхньої пропозиції тепер розміщені в Інтернеті за адресою http://astrobiology.berkeley.edu.
У лютому випускниця Грюнтханера та випускниця університету Берклі Елісон Скеллі вирушила до пустелі Атакама в Чилі, щоб побачити, чи може амінокислотний детектор - званий Марським органічним детектором або MOD - знайти амінокислоти в найсухішому регіоні планети. Міністерству легко вдалося досягти успіху. Однак, оскільки друга половина експерименту - "лабораторія на мікросхемі", яка перевіряє здатність амінокислот, ще не була одружена з Міністерством охорони здоров'я, дослідники повернули зразки до UC Berkeley для тієї частини тест. Зараз Скеллі успішно закінчив ці експерименти, продемонструвавши сумісність системи лабораторії на чипі з MOD.
"Якщо ви не можете виявити життя в районі Юнгай пустелі Атакама, у вас немає бізнесу, який їде на Марс", - сказав Маттіс, маючи на увазі пустельний регіон Чилі, де екіпаж зупинився і провів деякі свої випробування.
Маттіс, який 12 років тому розробив перший сепаратор електрофорезу для капілярного масиву, проданий Amersham Biosciences у своїх швидких секвенсаторах ДНК, впевнений, що вдосконалення його групи щодо технології, використовуваної в проекті геному, чудово впишуться в проекти досліджень Марса.
"За допомогою мікрофлюїдної технології, яку ми розробили, і нашої можливості робити масиви аналізаторів in situ, які проводять дуже прості експерименти порівняно недорого, нам не потрібно мати людей на Марсі, щоб робити цінні аналізи", - сказав він. "Поки ми показали, що ця система може виявити життя за відбитками пальців, і що ми можемо зробити повний аналіз у цій галузі. Ми дуже в захваті від майбутніх можливостей ».
Бада, морський хімік, є екзобіологом команди, розробивши майже десяток років тому новий спосіб перевірки на амінокислоти, аміни (продукти розпаду амінокислот) та поліциклічні ароматичні вуглеводні, органічні сполуки, поширені у Всесвіті. Цей експеримент, MOD, був обраний для місії 2003 року на Марс, яка була відбита, коли Марс Полярний Ландер зазнав аварії в 1999 році.
Відтоді Бада спільно з Mathies розробила більш амбітний інструмент, який поєднує вдосконалений MOD з новою технологією визначення та тестування хіральності виявлених амінокислот.
Кінцева мета - знайти доказ життя на Марсі. Вірхінги в 1970-х роках невдало випробували на органічні молекули на Марсі, але їх чутливість була настільки низькою, що вони не змогли б виявити життя, навіть якби було мільйон бактерій на грам ґрунту, сказав Бада. Тепер, коли греблі NASA та Opportunity майже напевно показали, що колись на поверхні існувала стояча вода, мета - знайти органічні молекули.
MOD Bada призначений для нагрівання марсіанських зразків ґрунту і, під малим тиском на поверхні, випаровує будь-які органічні молекули, які можуть бути присутніми. Потім пара конденсується на холодному пальці - пастка, охолоджена до температури навколишнього середовища Марса, приблизно на 100 градусів нижче нуля Фаренгейта. Холодний палець покритий флуорескаміновим барвником, який зв'язується лише з амінокислотами, так що будь-який флуоресцентний сигнал вказує на наявність амінокислот або амінів.
"Зараз ми можемо виявити мільйонну частину граму амінокислот у грамі ґрунту, що в мільйон разів краще, ніж вікінги", - сказав Бада.
Додана система капілярного електрофорезу відводить конденсовану рідину з холодного пальця і сифонує її в лабораторію на мікросхемі із вбудованими насосами та клапанами, які направляють рідину в минулі хімічні речовини, які допомагають ідентифікувати амінокислоти та перевіряти наявність руйнування чи хиральність .
"MOD - це допит на першій стадії, коли зразок досліджують на наявність будь-яких флуоресцентних видів, включаючи амінокислоти", - сказав Скеллі. «Тоді інструмент електрофорезу капілярів робить аналіз другої стадії, де ми реально вирішуємо ці різні види і можемо сказати, що вони є. Два інструменти розроблені для доповнення та розробки один на одного ».
«Річ взяв цей експеримент у наступний вимір. У нас дійсно є система, яка працює », - сказав Бада. «Коли я почав думати про тести на хиральність і вперше поговорив з Річем, у нас були концептуальні ідеї, але нічого, що насправді функціонувало. Він прийняв це до того, коли у нас є чесний Богові портативний інструмент ».
Амінокислоти, будівельні блоки білків, можуть існувати у двох дзеркальних формах зображення, позначених L (levo) для лівших та D (dextro) для праворуких. Усі білки на Землі складаються з амінокислот типу L, що дозволяє ланцюгу з них красиво скластись у компактний білок.
Як Матіс описує це, тест на хиральність використовує той факт, що ліворукі амінокислоти більш щільно вписуються в ліворукий хімічний рукавиця, а праворукі амінокислоти - у праву рукавицю. Якщо амінокислоти з лівою та правою рухом рухаються вниз по тонкій капілярній трубці, вистеленій ліворуковими рукавицями, лівші рухатимуться повільніше, оскільки вони ковзають в рукавицях по дорозі. Це як лівий політик, який працює натовпом, сказав він. Вона рухатиметься повільніше, тим лівші люди в натовпі, тому що це єдині люди, з якими вона потисне руку. У цьому випадку лівша рукавиця - це хімічна речовина, яку називають циклодекстрином.
Різні амінокислоти - існує 20 різних видів, якими користуються люди - також рухаються по трубці з різною швидкістю, що дозволяє частково ідентифікувати присутніх.
"Після виявлення амінокислот MOD, маркований розчин амінокислоти перекачується в мікрофлюїди і грубо розділяється зарядом", - сказав Маттіс. «Рухливість амінокислот говорить нам щось про заряд і розмір, а при наявності циклодекстринів, чи є у нас рацемічна суміш, тобто однакова кількість лівих та праворуких амінокислот. Якщо ми це зробимо, амінокислоти можуть бути небіологічними. Але якщо ми бачимо хіральний надлишок, ми знаємо, що амінокислоти мають бути біологічними за своїм походженням ".
Сучасний чіп, розроблений та побудований Скеллі, складається з каналів, протравлених фотолітографічними методами, та мікрофлюїдної насосної системи, засипаної в чотиришаровий диск діаметром чотири дюйми, із шарами, з'єднаними просвердленими каналами. Крихітні мікрофабрикатні клапани та насоси створюються із двох скляних шарів із гнучкими полімерними (PDMS або полідиметилсилоксановими) мембранами, переміщеними вгору та вниз за допомогою джерела тиску чи вакууму. Фізичний хімік UC Berkeley Джеймс Шерер, який розробив інструмент капілярного електрофорезу, також розробив чутливий детектор флуоресценції, який швидко зчитує схему на мікросхемі.
Один з поточних грантів НАСА команди - це розробка мікрофабрикованої органічної лабораторії нового покоління, або MOL, для вильоту на Марс, Місяць Юпітера, Європу або, можливо, комету, та проведення ще більш складних хімічних випробувань у пошуках більш повного набору органічних молекули, включаючи нуклеїнові кислоти, структурні одиниці ДНК. На сьогодні, однак, мета - це інструмент, готовий до 2009 року вийти за рамки сучасних експериментів на борту роверів Mars 2003 та шукати амінокислоти.
"Ви повинні пам’ятати, що поки що ми не виявили жодного органічного матеріалу на Марсі, тому це було б приголомшливим кроком вперед", - сказав Бада. «У полюванні на життя існують дві вимоги: вода та органічні сполуки. З недавніх висновків марсових роверів, які дозволяють припустити, що вода присутня, решта невідомо - це органічні сполуки. Ось чому ми зосереджуємося на цьому.
"Марський органічний аналізатор - це дуже потужний експеримент, і наша велика надія полягає в тому, щоб знайти не тільки амінокислоти, але і амінокислоти, схожі на те, що вони могли б походити з якогось живого істоти".
Оригінальне джерело: Berkeley News Release
