30.08.16.-
Por primera vez en la historia, el ADN ha sido secuenciado con éxito en
microgravedad como parte del experimento Secuenciador Biomolecular
realizado por la astronauta de la NASA Kate Rubins a bordo del la
Estación Espacial Internacional. La posibilidad de secuenciar el ADN de
los organismos que viven en el espacio abre un nuevo mundo de
posibilidades científicas y médicas.
El ADN, o ácido desoxirribonucleico,
contiene las instrucciones que cada célula en un organismo en la Tierra
necesita para vivir. Estas instrucciones se representan con las letras
A, G, C y T, que identifican las cuatro bases químicas del ADN, adenina,
guanina, citosina y timina. Tanto el número como la disposición de
estas bases difieren entre los organismos, por lo que su orden, o
secuencia, se pueden utilizar para identificar un organismo específico.
La investigación del Secuenciador
Biomolecular nos acercó a esta capacidad de secuenciar el ADN en el
espacio mediante la demostración, por primera vez, que la secuenciación
del ADN es posible en una nave espacial en órbita.
Con un sistema para secuenciar el ADN en
el espacio, los astronautas podrían diagnosticar una enfermedad, o
identificar los microbios que crecen en la Estación Espacial
Internacional y determinar si representan una amenaza para la salud. Un
secuenciador de ADN basado en el espacio sería una importante
herramienta para ayudar a proteger la salud de los astronautas durante
la misión de larga duración en un viaje a Marte, y los futuros
exploradores podrían usar potencialmente la tecnología para identificar
formas de vida basadas en el ADN fuera de la Tierra.
Este experimento envió muestras de ADN
de ratón, virus y bacterias para probar un dispositivo de secuenciación
de ADN comercialmente disponible, llamado MinION, desarrollado por
Oxford Nanopore Technologies. El MinION funciona mediante el envío de
una corriente positiva a través de poros en las membranas incrustadas en
el interior del dispositivo, llamadas nanoporos. Al mismo tiempo,
fluido que contiene una muestra de ADN pasa a través del dispositivo.
Las moléculas individuales de ADN bloquean parcialmente los nanoporos y
cambian la corriente en una manera que es única para esa particular
secuencia de ADN. Al observar esos cambios, los investigadores pueden
identificar la secuencia específica de ADN.
Rubins, experta en biología molecular,
realizó la prueba a bordo de la ISS mientras que los investigadores
secuenciaron muestras idénticas simultáneamente en la Tierra, para
comprobar que la microgravedad no alteraba el proceso.
El uso del dispositivo en el entorno de
microgravedad presenta varios desafíos potenciales, según Aaron Burton,
científico planetaria e investigador principal del experimento,
incluyendo la formación de burbujas de aire en el líquido. En la Tierra,
las burbujas suben a la parte superior de una solución líquida y pueden
ser removidas por fuerza centrífuga, pero en el espacio, las burbujas
son menos predecibles.
Por primera vez en la historia, el ADN ha sido secuenciado con éxito
en microgravedad como parte del experimento Secuenciador Biomolecular
realizado por la astronauta de la NASA Kate Rubins a bordo del la
Estación Espacial Internacional. Image Credit: NASA
"En el espacio, si se introduce una
burbuja de aire, no sabemos cómo se comportará", dijo Burton. "Nuestra
mayor preocupación es que podría bloquear los nanoporos".
La demostración de la tecnología también
trata de validar que el dispositivo es lo suficientemente resistente
para soportar la vibración durante el lanzamiento y pueda funcionar de
forma fiable en un ambiente de microgravedad cuando se trata de la
medición de los cambios en la corriente o la conversión de esos cambios
en las secuencias de ADN. Además, los investigadores estarán en busca de
cualquier otro factor que podría producir errores o afectar el
rendimiento en órbita.
"Esos son sólo los posibles problemas
que hemos identificado", dijo la directora del proyecto y microbióloga
de la NASA Sara Castro-Wallace. "Muchas de las cosas que pueden
introducir errores son simplemente desconocidas en este momento."
Para reducir al mínimo estas incógnitas,
los investigadores probaron recientemente todo el proceso de
secuenciación en una operación en la Misión NEEEMO de la NASA en el
centro de investigación Base Aquarius a 60 pies bajo el agua en la costa
de Florida.
"Las pruebas de NEEMO transcurrieron sin
problemas," dijo Castro-Wallace. "En términos de un medio hostil, con
diferentes grados de humedad, temperatura y presión, tuvimos en cuenta
una gran cantidad de variables y el secuenciador se comportó como se
esperaba."
Los acuanautas de NEEMO recogieron
muestras ambientales del hábitat, se extrajo y se preparó el ADN para la
secuenciación, y finalmente secuenciaron el ADN como parte de una
continuación de la investigación del Secuenciador Biomolecular. Probar
este proceso en un ambiente extremo es un paso importante para su uso en
la ISS.
A medida que los investigadores comparan
los resultados de las secuencias recogidas en microgravedad y en la
Tierra, hasta ahora todo parece coincidir.
"El siguiente paso es poner a prueba
todo el proceso en el espacio, incluyendo la preparación de la muestra,
así como la realización de la secuenciación," dijo Castro-Wallace. A
continuación, los astronautas pueden ir más allá creando una secuencia
conocida de ADN y de hecho extraer, preparar y secuenciar el ADN para
identificar los microbios desconocidos en órbita.
Además, el secuenciador puede
convertirse en una herramienta para otras investigaciones científicas a
bordo de la estación. Por ejemplo, los investigadores podrían utilizarla
para examinar los cambios en el material genético o la expresión de
genes en órbita en lugar de esperar a que las muestras regresen a la
Tierra para su análisis.
"Bienvenido a la biología de sistemas en
el espacio", dijo Rubins después de haber secuenciado con éxito las
primeras moléculas de ADN.
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