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在太空中進行DNA測序 或將解決生物分子研究難題

作者: 2016年09月18日 來源:化工儀器在線 瀏覽量:
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自從二十世紀七十年代首批DNA鏈被測序以來,研究人員已理解在一系列醫學和生物學研究中進行遺傳學分析的深刻意義。DNA測序已被用來鑒定生命形式;研究不同的有機體存在多大的親緣性和它們如何進化;精確查明個人體內

   自從二十世紀七十年代首批DNA鏈被測序以來,研究人員已理解在一系列醫學和生物學研究中進行遺傳學分析的深刻意義。DNA測序已被用來鑒定生命形式;研究不同的有機體存在多大的親緣性和它們如何進化;精確查明個人體內的遺傳病和開發治療疾病的藥物療法。它甚至被用來打擊犯罪。
 如今,多虧剛送到國際空間站(InternationalSpaceStation,ISS)開展的一項實驗,在太空中做所有的這些事情可能是可行的。
   在2016年7月20日,一艘攜帶著上千磅重供應物品的SpaceX公司天龍號太空補給飛船(SpaceXDragonsupplyship)與國際空間站對接在一起。在這些供應物品清單中,有一臺手持式DNA測序儀MinION。MinION是由英國牛津納米孔技術公司(OxfordNanoporeTechnologies)開發的,在地球上工作得非常良好。美國國家航空航天局(NASA,也被稱作美國太空總署)發起的生物分子測序儀研究將發現它是否也能夠在微重力條件下很好地工作。
 來自NASA約翰遜太空中心的KristenJohn說,“目標就是選擇一種在地球上廣泛使用的技術,然后在國際空間站的航天飛行環境中對它進行測試,以便有朝一日它可能能夠用于全體飛船人員的健康應用中或者甚至用于檢測火星中的生命。”
 DNA測序之前從沒有在太空中開展過,因此如果這項生物分子測序儀研究取得成功,那么它可能是一件大事。
 來自NASA約翰遜太空中心的SarahCastro-Wallace提出它的幾項應用:“在過去,我們讓可觀察到的真菌在國際空間站中生長。我們想要在不需將樣品送回地球的情形下鑒定出這些真菌。它是良好的或者值得擔心的嗎?只有了解這到底是什么,微生物學家們才能夠推薦如何最好地處理這個問題。”
 作為一種設備齊全的太空飛船,國際空間站緩慢地和不可避免地聚集宇航員在飛船上、供應物品的表面上和食物內部攜帶的微生物。一臺DNA測序儀能夠有助鑒定出這些微生物和測試空氣和水中的清潔度。
  
 Castro-Wallace說,“在國際空間站中,大約85%的水是循環利用的,是來自尿液、冷凝物和汗水和任何東西的。它在接受處理后達到微生物角度上的清潔嗎?我們想要以一種更加實時的方式了解這種水處理器是否在工作。”
  
 NASA約翰遜太空中心主要研究者AaronBurton注意到宇航員本身可能受益于這種DNA測序:“你不僅能夠研究DNA上發生的永久性變化,即長期而言太空飛行對你的DNA帶來的影響,而且也通過研究RNA,你能夠觀察人體或其他有機物如何正在實時地作出反應。”
  
 在這項生物分子測序儀研究期間,飛船人員將對來自地球上制備的具有已知基因組特征的樣品中的細菌、病毒和嚙齒類動物的DNA進行測序。地球上的研究人員將在地面上開展平行實驗以便評估這種硬件如何好地發揮作用。
  
 相比于在地球上使用的微波爐大小的測序儀,這臺USB供電的測序儀MinION---大約為一塊小糖果的大小---是比較小的。
  
 Castro-Wallace說,“地球上的實驗室中使用的大多數測序儀涉及光學器件、熒光、激光和其他不適合在太空飛行期間或微重力條件下使用的振動敏感性組件。此外,這些測序儀需要消耗大量的電力發揮作用。”
  
 另一方面,MinION具有數量最小化的移動零件,而且直接插入到一臺筆記本電腦或平板電腦中。這臺筆記本電腦或平板電腦給MinION提供電力并且收集測序數據。不同于測序過程能夠花費數天時間的陸地上的儀器,這臺測序儀的數據幾乎是實時獲得的;分析能夠在樣品加入后10到15分鐘內開始。
  
 Burton說,“國際空間站和地球是重力閉聯集(gravitycontinuum)的兩個相反的末端,因此,如果這臺測序儀在地球上和微重力條件下都能工作,那么它應當在諸如小行星和火星等任何環境下都能工作。”

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