DNA może przetrwać wejście w atmosferę (i lądowanie)

Prosty eksperyment naukowców z University of Zurich dał nieoczekiwane i ciekawe rezultaty. Udało się potwierdzić, że materiał genetyczny może przetrwać lot w kosmos i wejście w atmosferę. Po tym wszystkim wciąż zawiera funkcjonalną informację genetyczną.

Trwałość materiału genetycznego w ekstremalnych warunkach kosmicznych: badanie DARE

Odkrycia dokonano przy okazji innego projektu. W czasie misji TEXUS-49 rakiety suborbitalnej VSB-30 automatyczne laboratoria w jej ładowni przeprowadziły kilka eksperymentów. Jednym z nich był program SITI-1, badający wpływ mikrograwitacji na regulację ekspresji ludzkich genów odporności. Biorcy w nim udział dr Cora Thiel i Profesor Ullrich postanowili sprawdzić jeszcze jedno zagadnienie. Przygotowali eksperyment nazwany DARE (DNA atmospheric re-entry experiment).

Jego założeniem było sprawdzenie trwałości biosygnatur – czy są one w stanie przetrwać wejście obiektu z kosmosu w Ziemską atmosferę. Biosygnaturami nazywamy specyficzne cząsteczki, które można znaleźć w każdym żywym organizmie. Wykrycie białka, DNA czy RNA daje praktycznie pewność istnienia złożonego życia, obecnie lub w przeszłości. Pod kątem ich obecności badane są meteortyty, a urządzenia wykrywania biomarkerów znajdują się min. na lecącym na Czerwona Planetę Mars Science Laboratory.

Trwałość materiału genetycznego w ekstremalnych warunkach kosmicznych – metody i techniki

Specjalnie przygotowany plazmid DNA zawierający wektor fluorescencyjny EGFP (enhanced green fluorescent protein) i kasetę z genami odporności na antybiotyk kanamycynę został naniesiony na różne miejsca ładowni TEXUS-49. Zakroplone zostały śrubki jak i spód ładowni, który jest miejscem statku najbardziej narażonym na ekstremalne warunki.

Dr Cora Thiel i profesor Oliver Ullrich pobierają próbki z ładowni rakiety TEXUS (Adrian Mettauer)

Trwałość materiału genetycznego w ekstremalnych warunkach kosmicznych – wyniki eksperymentu

Po wylądowaniu ładowni próbki zostały zebrane i poddane analizom. Elektroforeza na żelu agarozowym pokazała, ze materiał genetyczny w większości przetrwał podróż, choć pewna jego część uległa degradacji. Szczególnie dotyczyło to próbek ze spodu ładowni, rozgrzewających się do ponad 130 stopni przy temperaturze otaczającego gazu przekraczającej 1000 stopni.

Największe zaskoczenie przyniosły testy na bakteriach i komórkach zwierzęcych. Plazmidy z próbek z powodzeniem transformowały bakterie E. Coli. Wprowadzenie do komórek mysich fibroblastów także zakończyło się pozytywnie, komórki podjęły produkcję białka fluorescencji GFP. Przeprowadzono też sekwencjonowanie próbek, analiza nie wykazała jednak wielu mutacji. Nie jest to zaskoczeniem, ponieważ materiał przebywał w przestrzeni dość krótko.

Komórki fibroblastów z transfekowanym plazmidem. Widoczna fluorescencja białka GFP, potwierdzająca funkcjonalność materiału genetycznego z próbek (Thiel, Tauber; 2014)

Trwałość materiału genetycznego w ekstremalnych warunkach kosmicznych: wnioski i znaczenie

Autorzy wskazują na dobry poziom ochrony dla DNA, który daje biofilm z kryształkami soli. Potwierdziło to wiele wcześniejszych badań, jedno z nich zostało na Biostrefie (Solne schrony dla bakterii). Badanie wskazuje na szczególną rolę sterylizacji sond, które wysyłane są na obiekty poza Ziemią (ryzyko zawleczenia ziemskiego materiału czy fałszywie pozytywnych wyników badań pozaziemskiego życia), jak też dokładnego badania powracających próbek.Jest to pierwsze doniesienie dotyczące stabilności DNA w warunkach przejścia przez atmosferę. Metoda badawcza została uznana za bardzo obiecującą do badania ekstremalnych warunków na biomarkery (UV, mikrograwitacji i temperatury), jednocześnie jest tania a starty niewielkich rakiet odbywają się często, dając możliwość powtarzania doświadczeń. W podobny sposób można testować nie tylko markery, ale też mikroorganizmy.

Trwałość materiału genetycznego w ekstremalnych warunkach kosmicznych a przenoszenie materiału pozaziemskiego

Wyniki są też kolejnym elementem układanki w rozważaniach nad możliwością przeniesienia zewnętrznego materiału genetycznego na Ziemię. Codziennie w planetę uderza ponad 100 ton kosmicznego gruzu.

opracowanie: Seweryn Frasiński

źródła:
www.uzh.ch
Functional Activity of Plasmid DNA after Entry into the Atmosphere of Earth Investigated by a New Biomarker Stability Assay for Ballistic Spaceflight Experiments. PLoS ONE. November 26, 2014. DOI: 10.1371/journal.pone.0112979