Obrazový kredit: UC Berkeley
Stejná špičková technologie, která urychlila sekvenování lidského genomu, by nám mohla do konce dekády jednou provždy prozradit, zda na Marsu vůbec existoval život, podle kalifornské univerzity v Berkeley, chemik.
Richard Mathies, profesor chemie UC Berkeley a vývojář prvních kapilárních elektroforézních polí a nových značek fluorescenčních barviv pro přenos energie - které se používají v dnešních sekvencerech DNA - pracuje na nástroji, který by tyto technologie používal k testování prachu z Marsu pro důkaz života Aminokyseliny na bázi aminokyselin, stavební bloky proteinů.
Postgraduální studentka Alison Skelley na Rock Garden, jednom z míst v chilské poušti Atacama, kde vědci vzorkovali půdu na aminokyseliny v přípravě na odeslání nástroje na Mars, aby hledali známky života. V pozadí jsou ruiny města Yunguy. (Foto s laskavým svolením laboratoř Richard Mathies / UC Berkeley)
Se dvěma vývojovými granty od NASA v celkové výši téměř 2,4 milionu dolarů, on a členové týmu z Jet Propulsion Laboratory (JPL) v Kalifornském technologickém institutu a UC San Diego's Scripps Institution of Oceanography doufají, že postaví Mars Organic Analyzer, který bude létat na palubě NASA robotická mise Mars Science Laboratory a / nebo mise ExoMars Evropské vesmírné agentury, která je plánována na spuštění v roce 2009. Návrh ExoMars je ve spolupráci s Pascale Ehrenfreundem, docentem astrochemie na University of Leiden v Nizozemsku.
Organický analyzátor Mars, nazývaný MOA, hledá nejen chemický podpis aminokyselin, ale také testy na kritickou charakteristiku životních aminokyselin: Všechny jsou levou rukou. Aminokyseliny mohou být vytvářeny fyzikálními procesy ve vesmíru - často se vyskytují v meteoritech - ale jsou stejně levou i pravou rukou. Pokud mají aminokyseliny na Marsu přednost před levotočivými aminokyselinami, nebo naopak, mohly pocházet pouze z nějaké formy života na planetě, řekl Mathies.
"Domníváme se, že měření homochirality - převaha jednoho typu předávání nad jiným - by bylo absolutním důkazem života," řekl Mathies, člen UC Berkeley z Kalifornského institutu pro kvantitativní biomedicínský výzkum (QB3). "Proto jsme se zaměřili na tento typ experimentu." Pokud půjdeme na Mars a najdeme aminokyseliny, ale neměříme jejich chiralitu, budeme se cítit velmi hloupě. Náš nástroj to dokáže. “
MOA je jedním z mnoha vyvíjených nástrojů, které financují NASA a hledají přítomnost organických molekul na Marsu. Konečné návrhy na misi v roce 2009 by měly být předloženy v polovině července. Matematici a kolegové Jeffrey Bada ze Scripps a Frank Grunthaner z JPL, kteří plánují předložit jediný návrh, který testuje aminokyselinovou handedness, podrobili analyzátor testu a prokázali, že funguje. Podrobnosti o jejich návrhu jsou nyní k dispozici na webu http://astrobiology.berkeley.edu.
V únoru cestovali Grunthaner a UC Berkeley postgraduální studentka Alison Skelley do chilské pouště Atacama, aby zjistili, zda detektor aminokyselin - nazývaný detský organický detektor Mars nebo MOD - může najít aminokyseliny v nejsušší oblasti planety. MOD snadno uspěl. Protože však druhá polovina experimentu - „laboratoř na čipu“, která testuje handičnost aminokyselin - ještě nebyla provdána za MOD, vědci přinesli vzorky zpět UC Berkeley pro tuto část test. Skelley nyní úspěšně dokončil tyto experimenty prokazující kompatibilitu systému lab-on-a-chip s MOD.
"Pokud nemůžete odhalit život v oblasti Yungay v poušti Atacama, nemáte na Marsu žádné podnikání," řekl Mathies s odkazem na pouštní oblast v Chile, kde posádka zůstala a provedla některé ze svých testů.
Mathies, který před 12 lety vyvinul první separátory elektroforézy kapilárního pole uváděné na trh společností Amersham Biosciences ve svých rychlých sekvencerech DNA, je přesvědčen, že vylepšení technologie této skupiny v technologii využívané v projektu genomu se dokonale promítnou do projektů průzkumu na Marsu.
"Díky druhu mikrofluidické technologie, kterou jsme vyvinuli, a naší schopnosti vytvářet pole analyzátorů in situ, které provádějí velmi jednoduché experimenty relativně levně, nemusíme mít lidi na Marsu, aby mohli provádět cenné analýzy," řekl. "Zatím jsme ukázali, že tento systém dokáže detekovat život otiskem prstu a že můžeme provést kompletní analýzu v terénu." Jsme opravdu nadšeni budoucími možnostmi. “
Bada, mořský chemik, je exobiologem týmu, který před téměř deseti lety vyvinul nový způsob, jak testovat aminokyseliny, aminy (produkty rozkladu aminokyselin) a polycyklické aromatické uhlovodíky, organické sloučeniny běžné ve vesmíru. Tento experiment, MOD, byl vybrán pro misi na Mars v roce 2003, která byla vyřazena, když v roce 1999 došlo k havárii Mars Polar Lander.
Od té doby se Bada spojil s Mathies s cílem vyvinout ambicióznější nástroj, který kombinuje vylepšený MOD s novou technologií pro identifikaci a testování chirality detekovaných aminokyselin.
Konečným cílem je najít důkaz života na Marsu. Vikingové v sedmdesátých letech neúspěšně testovali organické molekuly na Marsu, ale jejich citlivost byla tak nízká, že by nedokázali detekovat život, i kdyby existovalo milion bakterií na gram půdy, řekl Bada. Nyní, když NASA rovers Spirit a Opportunity téměř určitě ukázali, že stojatá voda kdysi existovala na povrchu, je cílem najít organické molekuly.
Bada's MOD je navržen tak, aby zahříval vzorky marťanské půdy a při nízkých tlacích na povrchu odpařoval všechny přítomné organické molekuly. Pára pak kondenzuje na chladném prstu, pasti ochlazené na noční teplotu Marsu, přibližně 100 stupňů pod nulovou Fahrenheit. Studený prst je potažen značkovacími barvivy fluoreskaminu, které se vážou pouze na aminokyseliny, takže jakýkoli fluorescenční signál naznačuje, že jsou přítomny aminokyseliny nebo aminy.
"Právě teď jsme schopni detekovat jednu biliontinu gramu aminokyselin v gramu půdy, což je milionkrát lepší než Viking," řekl Bada.
Přidaný kapilární elektroforetický systém usazuje kondenzovanou tekutinu ze studeného prstu a sifonuje ji do laboratorní laboratoře s vestavěnými čerpadly a ventily, které vedou tekutinu kolem chemikálií, které pomáhají identifikovat aminokyseliny a kontrolovat handedness nebo chirality .
"MOD je první fáze vyšetřování, kdy je vzorek vyšetřen na přítomnost jakýchkoli fluorescenčních druhů včetně aminokyselin," řekl Skelley. "Pak kapilární elektroforézní přístroj provede analýzu ve druhé fázi, kde skutečně rozlišíme tyto různé druhy a můžeme říct, co to je." Oba nástroje jsou navrženy tak, aby se vzájemně doplňovaly a stavěly na sobě. “
"Rich vzal tento experiment do další dimenze." Opravdu máme systém, který funguje, “řekl Bada. "Když jsem začal přemýšlet o testech chirality a poprvé jsem mluvil s Richem, měli jsme koncepční myšlenky, ale nic, co by ve skutečnosti fungovalo." Vzal to do bodu, kdy máme přenosný nástroj poctivý k Bohu. “
Aminokyseliny, stavební bloky proteinů, mohou existovat ve dvou formách zrcadlového obrazu, označených L (levo) pro leváky a D (dextro) pro praváky. Všechny proteiny na Zemi jsou složeny z aminokyselin typu L, což umožňuje jejich řetězci pěkně se složit do kompaktního proteinu.
Jak Mathies popisuje, test chirality využívá skutečnosti, že levotočivé aminokyseliny se pohodlněji hodí do levotočivé chemické „rukavice“ a pravou rukou do pravé rukavice. Pokud se obě aminokyseliny vlevo i vpravo pohybují po tenké kapilární trubici lemované levostrannými rukavicemi, levice se budou pohybovat pomaleji, protože po cestě vklouznou do rukavic. Je to jako levicový politik, který pracuje v davu, řekl. Pohybuje se pomaleji levicovými lidmi v davu, protože to jsou jediní lidé, se kterými si potřese rukou. V tomto případě je levou rukavicí chemická látka zvaná cyklodextrin.
Různé aminokyseliny - existuje 20 různých druhů používaných lidmi - také cestují po zkumavce různými rychlostmi, což umožňuje částečnou identifikaci přítomných.
"Poté, co jsou detekovány aminokyseliny pomocí MOD, je značený roztok aminokyselin načerpán do mikrofluidik a hrubě odděleny nábojem," řekl Mathies. „Mobilita aminokyselin nám říká něco o náboji a velikosti, a pokud jsou přítomny cyklodextriny, zda máme racemickou směs, to znamená stejné množství levých a pravých aminokyselin. Pokud ano, aminokyseliny mohou být nebiologické. Pokud však vidíme chirální přebytek, víme, že aminokyseliny musí být biologického původu. “
Špičkový čip navržený a postavený společností Skelley sestává z kanálů leptaných fotolitografickými technikami a mikrofluidního čerpacího systému vloženého do čtyřvrstvého disku o průměru čtyř palců, přičemž vrstvy jsou spojeny vrtanými kanály. Drobné mikrofabrikované ventily a čerpadla jsou vytvořeny ze dvou skleněných vrstev s pružnou polymerní membránou (PDMS nebo polydimethylsiloxan) mezi nimi, pohybující se nahoru a dolů pomocí zdroje tlaku nebo vakua. Fyzikální chemik UC Berkeley James Scherer, který navrhl kapilární elektroforézový přístroj, vyvinul také citlivý fluorescenční detektor, který rychle přečte vzorec na čipu.
Jedním z aktuálních grantů týmu NASA je vývoj nové generace mikrofabrikovaných organických laboratoří (MOL) nové generace na létání na Mars, Jupiterův měsíc Evropa nebo možná kometa a provedení ještě složitějších chemických testů při hledání úplnějšího souboru organických látek molekuly, včetně nukleových kyselin, strukturální jednotky DNA. Prozatím je však cílem nástroj připravený do roku 2009 překonat současné experimenty na palubách vozů Mars 2003 a hledat aminokyseliny.
"Musíte si pamatovat, zatím jsme na Marsu nezjistili žádný organický materiál, takže by to byl obrovský krok vpřed," řekl Bada. "V lovu na život existují dva požadavky: voda a organické sloučeniny." S nedávnými nálezy Mars roverů, které naznačují, že je přítomna voda, zbývající neznámé jsou organické sloučeniny. Proto se na to zaměřujeme.
"Organický analyzátor Mars je velmi silný experiment a naší velkou nadějí je, že najdeme nejen aminokyseliny, ale také aminokyseliny, které vypadají, jako by mohly pocházet z nějaké živé bytosti."
Původní zdroj: Berkeley News Release
