Kép jóváírása: UC Berkeley
Ugyanaz az élvonalbeli technológia, amely meggyorsította az emberi genom szekvenálását, az évtized végére egyszerre és mindenkorra elmondhatja nekünk, vajon létezett-e valaha élet a Marson, a kaliforniai Berkeley-i Egyetem kémikusa szerint.
Richard Mathies, az UC Berkeley kémia professzora, az első kapilláris elektroforézis tömbök és az új energiaátviteli fluoreszcens festékjelzők fejlesztője - mindkettőt a mai DNS-szekvenciákban használják - olyan készüléken dolgozik, amely ezeket a technológiákat felhasználná a Mars porának az élet bizonyításához alapú aminosavak, a fehérjék építőkövei.
Alison Skelley végzős hallgató a sziklakertben, a chilei Atacama sivatag egyik helyén, ahol a kutatók mintavételt végeztek az aminosavak talajjáról, készülve arra, hogy egy eszközt elküldjenek a Marsra az élet jeleinek keresésére. Yunguy városának romjai a háttérben vannak. (Fotó jóvoltából Richard Mathies laboratórium / UC Berkeley)
A NASA két, összesen közel 2,4 millió dolláros fejlesztési támogatással és a Kaliforniai Technológiai Intézet JET Propulsion Laboratory (JPL), valamint az UC San Diego Scripps Institute of Oceanography Intézetének csapattagjai abban reménykednek, hogy a Mars Organic Analyzerét felépítik a NASA rovására. robot Mars Mars Laboratory misszió és / vagy az Európai Űrügynökség ExoMars missziója, mindkettőt 2009-ben indítják. Az ExoMars javaslat együttműködik Pascale Ehrenfreund-szal, a hollandiai Leideni Egyetem asztrológiai vegyész professzorával.
A Mars Organic Analyzer, MOA-nak nevezve, nemcsak az aminosavak kémiai jelét keresi, hanem az élettartamú aminosavak kritikus tulajdonságait is vizsgálja: Mindkettő balkezes. Az aminosavakat az űrben végrehajtott fizikai folyamatokkal állíthatják elő - gyakran megtalálhatók a meteoritokban -, de ezek bal és jobb kezek egyaránt vannak. Ha a Marson lévő aminosavak előnyben részesítik a balkezes, mint a jobbkezes aminosavakat, vagy fordítva, akkor ezek csak a bolygó valamilyen életformájából származhatnak - mondta Mathies.
"Úgy gondoljuk, hogy a homochiralitás mérése - az egyik kézmeghatározás prevalenciája a másikkal szemben - az élet abszolút bizonyítéka lenne" - mondta Mathies, a UC Berkeley UC tagja a Kaliforniai Kvantitatív Biomedicinális Kutatás Intézetének (QB3). „Ezért koncentráltunk az ilyen típusú kísérletekre. Ha Marsba megyünk, és aminosavakat találunk, de nem mérjük meg azok királisságát, nagyon bolondok leszünk. Hangszerünk képes rá. ”
A MOA a NASA által finanszírozott, a Marson jelenlévő organikus molekulák jelenlétének kutatására szolgáló számos eszköz kidolgozása alatt áll, és a 2009. évi misszió végső javaslatai július közepén esedékesek. Mathies és munkatársai, Jeffrey Bada, a Scripps és Frank Grunthaner, JPL, akik azt tervezik, hogy az egyetlen javaslatot nyújtják be, amely teszteli az aminosav-rokonságot, tesztelték az analizátort, és megmutatták, hogy működik. Javaslataik részletei megtalálhatók a weben a http://astrobiology.berkeley.edu oldalon.
Februárban Grunthaner és UC Berkeley végzős hallgató, Alison Skelley a chilei Atacama sivatagba utazott, hogy megvizsgálja, vajon az aminosavdetektor - a Mars Organic Detector, vagy a MOD hívja-e aminosavakat a bolygó legszárazabb régiójában. A MOD könnyen sikerült. Mivel azonban a kísérlet második fele - az aminosav-kéziséget vizsgáló „laboratóriumi on-on-chip” - még nem volt feleségül a MOD-rel, a kutatók a mintákat az UC Berkeley-be visszaküldték a teszt. Skelley most sikeresen befejezte ezeket a kísérleteket, bemutatva a laboratóriumi on-on-chip rendszer kompatibilitását a MOD-val.
"Ha nem tudja észlelni az életet az Atacama-sivatag Yungay régiójában, akkor üzleti vállalkozása nem megy a Marsba." - mondta Mathies, a Chilei sivatagi régióra utalva, ahol a legénység ott tartózkodott és elvégzett néhány tesztet.
Mathies, aki 12 évvel ezelőtt kifejlesztette az első kapilláris elrendezésű elektroforézis elválasztó eszközöket, amelyeket az Amersham Biosciences forgalmazott a gyors DNS-szekvenciáikban, biztos abban, hogy csoportjának a genomprojektben alkalmazott technológia fejlesztései tökéletesen beilleszthetők a Mars kutatási projektbe.
"Az általunk kifejlesztett mikrofluid technológiával és az a képességünk, hogy in situ analizátorokból álló tömböket készítsünk, amelyek viszonylag olcsón végeznek nagyon egyszerű kísérleteket, nincs szükségünk a Marson élő emberekre, hogy elvégezzünk értékes elemzéseket" - mondta. „Eddig azt bizonyítottuk, hogy ez a rendszer képes ujjlenyomatban életet észlelni, és hogy teljes elemzést végezhetünk a terepen. Nagyon izgatottak vagyunk a jövőbeni lehetőségek miatt. ”
Bada, a tengeri vegyész, a csapat exobiológusa, közel egy tucat évvel ezelőtt kifejlesztett egy új módszert aminosavak, aminok (aminosavak bomlástermékei) és policiklusos aromás szénhidrogének, az univerzumban szokásos szerves vegyületek vizsgálatára. Ezt a kísérletet, a MOD-t egy 2003. évi mars-misszióra választották ki, amelyet leszerelték, amikor a Mars Polar Lander 1999-ben összeomlott.
Azóta Bada együttműködött a Mathies-szel egy ambiciózusabb eszköz kidolgozása érdekében, amely a továbbfejlesztett MOD-ot ötvözi az új technológiával a kimutatott aminosavak királisságának azonosítására és tesztelésére.
A végső cél az, hogy bizonyítékot találjunk a Marson való életről. A 1970-es években a Viking landolókat sikertelenül vizsgálták a Marson lévő szerves molekulákra, de érzékenységük olyan alacsony volt, hogy még az élet felderítésére sem lenne képesek, ha egy millió talajban millió baktérium lenne - mondta Bada. Most, hogy a NASA szelleme és lehetőségei szinte minden bizonnyal megmutatták, hogy az álló víz egyszer létezett a felszínen, a cél szerves molekulák megtalálása.
A Bada MOD-jét úgy tervezték, hogy felmelegítse a marsi talajmintákat, és a felület alacsony nyomása esetén a jelenlévő összes szerves molekulát elpárologtassa. A gőz ezután egy hideg ujjra kondenzál és csapdára hűtik a Mars éjszakai hőmérsékletére, körülbelül 100 fokkal a Fahrenheit alatt. A hideg ujj olyan fluoreszkaminfesték-nyomjelzőkkel van bevonva, amelyek csak az aminosavakhoz kötődnek, így minden fluoreszcens jel azt jelzi, hogy aminosavak vagy aminok vannak jelen.
"Jelenleg egy gramm talajban képesünk egy gramm aminosavak detektálására, ami milliószor jobb, mint a Vikingnél" - mondta Bada.
A hozzáadott kapilláris elektroforézis rendszer elviszi a kondenzált folyadékot a hideg ujjról, és szippant egy beépített szivattyúkkal és szelepekkel ellátott laboratóriumba-chipre, amely a folyadékot továbbítja az aminosavak azonosítását elősegítő kémiai anyagokkal, és ellenőrzi a kéziség vagy királisságot. .
„A MOD egy első szakaszban végzett kihallgatás, amelynek során a mintát megvizsgálják bármilyen fluoreszcens faj jelenlétére, ideértve az aminosavakat is” - mondta Skelley. „Ezután a kapilláris elektroforézis műszer elvégzi a második szakasz elemzését, ahol valójában megkülönböztetjük ezeket a különféle fajokat és meg tudjuk mondani, hogy mi azok. A két eszközt úgy tervezték, hogy kiegészítsék és építsék egymást. ”
Rich ezt a kísérletet átvette a következő dimenzióba. Valóban van egy működő rendszerünk - mondta Bada. „Amikor elkezdtem gondolkodni a királisság teszteléséről, és először beszéltem Richtel, fogalmi ötleteink voltak, de semmi sem működött. Eljutott arra a pontra, hogy van egy hiteles Istennel szembeni hordozható eszközünk.
Az aminosavak, a fehérjék építőkövei, két tükörkép formájában létezhetnek: L (levo) balkezes és D (dextro) jobbkezes. A Földön található összes fehérje L típusú aminosavakból áll, amelyek lehetővé teszik, hogy egy láncuk szépen összehajtozzon egy kompakt fehérjévé.
Mathies leírása szerint a királisság tesztelése kihasználja azt a tényt, hogy a balkezes aminosavak jobban illeszkednek a balkezes kémiai „kesztyűbe”, a jobbkezes aminosavak pedig a jobbkezeshez. Ha mind a bal, mind a jobbkezes aminosavak egy balkezes ujjatlan béléssel vékony kapilláriscsövön haladnak, akkor a balkezesek lassabban haladnak, mivel az út mentén csúsznak az ujjatlan kesztyűbe. Olyan, mint egy balkezes politikus, aki tömeget működtet - mondta. Lassabban fog mozogni a tömegben lévő balkezes emberek, mert csak ezek fogják kezet rázni. Ebben az esetben a balkezes mitt egy ciklodextrin nevű vegyszer.
Különböző aminosavak - 20 különböző fajtát használnak az emberek - szintén eltérő sebességgel haladnak le a csőben, ami lehetővé teszi a jelenlévők részleges azonosítását.
"Miután az aminosavakat a MOD kimutatta, a jelölt aminosav-oldatot a folyadékba szivattyúzzák és durván töltéssel szétválasztják" - mondta Mathies. „Az aminosavak mobilitása megmond valamit a töltésről és a méretről, és ha ciklodextrinek vannak jelen, akkor van-e racemikus keverékünk, vagyis azonos mennyiségű bal és jobb kezű aminosav. Ha megtesszük, az aminosavak nem biológiai lehetnek. De ha királis felesleget látunk, akkor tudjuk, hogy az aminosavaknak biológiai eredetűnek kell lenniük. ”
A Skelley által tervezett és épített csúcscsatorna fotolitográfiai technikákkal maratott csatornákból és egy mikrofluidás pumpáló rendszerből áll, amely négy hüvelykes átmérőjű négyrétegű lemezre van beágyazva, a rétegeket fúrt csatornák kapcsolják össze. Az apró, mikroszálas szelepeket és szivattyúkat két üvegrétegből készítik, amelyek között rugalmas rugalmas polimer (PDMS vagy polidimetilsziloxán) membrán van, felfelé és lefelé mozgatják nyomás- vagy vákuumforrás felhasználásával. Az UC Berkeley fizikai kémikus, James Scherer, aki a kapilláris elektroforézis eszközt tervezte, kifejlesztett egy érzékeny fluoreszcenciadetektorot is, amely gyorsan beolvassa a mintát a chipen.
A csapat jelenlegi NASA-támogatása egy következő generációs mikroszálas szerves laboratórium (MOL) kifejlesztésére szolgál, hogy repüljön a Marsra, a Jupiter holdjára Europa vagy esetleg egy üstökösre, és még bonyolultabb kémiai teszteket végezzen egy teljesebb szerves organikus készlet keresése érdekében. molekulák, beleértve a nukleinsavakat, a DNS szerkezeti egységeit. Most azonban a cél egy olyan eszköz, amely 2009-re készen áll arra, hogy meghaladja a Mars 2003 rovers fedélzetén jelenleg zajló kísérleteket és keressen aminosavakat.
"Ne feledje, hogy eddig nem fedeztünk fel semmilyen szerves anyagot a Marson, tehát óriási lépés lenne előre" - mondta Bada. Az életvadászatban két követelmény van: víz és szerves vegyületek. A Mars rovers legutóbbi eredményei alapján, amelyek arra utalnak, hogy víz van jelen, a fennmaradó ismeretlen szerves vegyületek. Ezért koncentrálunk erre.
"A Mars Organic Analyzer nagyon erős kísérlet, és nagy reményünk az, hogy nemcsak aminosavakat talál, hanem olyan aminosavakat, amelyek úgy néznek ki, mintha valamilyen élőlényből származnának."
Eredeti forrás: Berkeley sajtóközlemény
