Изображение предоставлено: UC Berkeley
По словам химика из Калифорнийского университета в Беркли, та же самая передовая технология, которая ускорила секвенирование человеческого генома, может к концу десятилетия сказать нам раз и навсегда, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.
Ричард Мэтис, профессор химии Калифорнийского университета в Беркли и разработчик первых капиллярных электрофорезных матриц и новых меток флуоресцентного красителя с переносом энергии, которые используются в современных секвенаторах ДНК, работает над инструментом, который будет использовать эти технологии для исследования пыли на Марсе в качестве доказательства жизни аминокислоты, строительные блоки белков.
Аспирантка Элисон Скелли в Каменном саду, одном из мест в чилийской пустыне Атакама, где исследователи взяли пробы почвы на наличие аминокислот для подготовки к отправке прибора на Марс для поиска признаков жизни. Руины города Юнгуй на заднем плане. (Фото любезно предоставлено лабораторией Ричарда Мэтис / Калифорнийский университет в Беркли)
Получив два гранта на разработку от НАСА на общую сумму около 2,4 млн. Долл. США, он и члены команды из Лаборатории реактивного движения (Калифорнийский технологический институт) и Института океанографии имени Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего надеются создать анализатор органического вещества Mars для полета на борту корабля НАСА. роботизированная миссия Mars Science Laboratory и / или миссия ExoMars Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на 2009 год. Предложение ExoMars осуществляется в сотрудничестве с Паскалем Эренфройндом, доцентом кафедры астрохимии в Лейденском университете в Нидерландах.
Mars Organic Analyzer, получивший название MOA, ищет не только химическую сигнатуру аминокислот, но и тестирует критическую характеристику аминокислот на основе жизни: все они левши. Аминокислоты могут быть получены физическими процессами в космосе - их часто можно найти в метеоритах - но они примерно одинаково лево и правши. Если аминокислоты на Марсе отдают предпочтение левосторонним аминокислотам или наоборот, то они могли появиться только в какой-то форме жизни на планете, сказал Мэтис.
«Мы считаем, что измерение гомохиральности - преобладание одного типа вручения над другим - станет абсолютным доказательством жизни», - сказал Мэтис, член Калифорнийского университета в Беркли из Калифорнийского института количественных биомедицинских исследований (QB3). «Вот почему мы сосредоточились на экспериментах такого типа. Если мы отправимся на Марс и найдем аминокислоты, но не измерим их хиральность, мы будем чувствовать себя очень глупо. Наш инструмент может это сделать ».
MOA является одним из множества разрабатываемых инструментов с финансированием НАСА для поиска присутствия органических молекул на Марсе, с окончательными предложениями для миссии 2009 года, которая должна состояться в середине июля. Мэтис и его коллеги Джеффри Бада из Scripps и Фрэнк Грунтханер из JPL, которые планируют представить единственное предложение, которое проверяет наличие аминокислот, протестировали анализатор и показали, что он работает. Подробности их предложения в настоящее время в Интернете по адресу http://astrobiology.berkeley.edu.
В феврале Grunthaner и аспирант Калифорнийского университета в Беркли Элисон Скелли отправились в пустыню Атакама в Чили, чтобы узнать, сможет ли аминокислотный детектор, который называется «Органический детектор Марса» или MOD, найти аминокислоты в самом сухом регионе планеты. Мод легко удался. Однако, поскольку вторая половина эксперимента - «лаборатория на чипе», которая проверяет на наличие аминокислот - еще не была замужем за MOD, исследователи принесли образцы обратно в Калифорнийский университет в Беркли для этой части тестовое задание. Скелли успешно завершил эти эксперименты, демонстрируя совместимость системы «лаборатория на кристалле» с MOD.
«Если вы не можете обнаружить жизнь в регионе Юнгай в пустыне Атакама, вам не нужно ехать на Марс», - сказал Мэтис, имея в виду пустынный регион в Чили, где остановилась команда и провела некоторые из своих испытаний.
Мэтис, который 12 лет назад разработал первые сепараторы для электрофореза с капиллярными решетками, продаваемые Amersham Biosciences в своих быстрых секвенаторах ДНК, уверен, что усовершенствования его группы в технологии, используемой в проекте генома, будут идеально вписываться в проекты исследования Марса.
«Благодаря разработанной нами микрофлюидной технологии и нашей способности создавать массивы анализаторов на месте, которые проводят очень простые эксперименты относительно недорого, нам не нужно, чтобы люди на Марсе проводили ценные анализы», - сказал он. «До сих пор мы показали, что эта система может обнаруживать жизнь по отпечатку пальца и что мы можем провести полный анализ на месте. Мы действительно рады будущим возможностям ».
Бада, морской химик, является экзобиологом в команде, разработавшей почти десяток лет назад новый способ проверки аминокислот, аминов (продуктов распада аминокислот) и полициклических ароматических углеводородов, органических соединений, распространенных во вселенной. Этот эксперимент, MOD, был выбран для миссии 2003 года на Марс, которая была отменена, когда Марс Полярный Ландер потерпел крушение в 1999 году.
С тех пор Bada объединилась с Mathies для разработки более амбициозного инструмента, который сочетает в себе улучшенный MOD с новой технологией для идентификации и тестирования хиральности обнаруженных аминокислот.
Конечная цель - найти доказательства жизни на Марсе. Приземлившиеся викинги в 1970-х годах безуспешно тестировали на органические молекулы на Марсе, но их чувствительность была настолько низкой, что они не смогли бы обнаружить жизнь, даже если бы на миллион грамм почвы было миллион, сказал Бада. Теперь, когда спутники НАСА «Дух и возможность» почти наверняка показали, что когда-то на поверхности стояла вода, цель состоит в том, чтобы найти органические молекулы.
MOD Bada предназначен для нагрева марсианских образцов почвы и при низких давлениях на поверхности испаряет любые органические молекулы, которые могут присутствовать. Затем пар конденсируется на холодном пальце, ловушке, охлаждаемой до температуры окружающей среды в ночное время на Марсе, примерно на 100 градусов ниже нуля по Фаренгейту. Холодный палец покрыт индикаторами флуоресцентного красителя, которые связываются только с аминокислотами, поэтому любой флуоресцентный сигнал указывает на присутствие аминокислот или аминов.
«Прямо сейчас мы можем обнаружить одну триллионную грамм аминокислот в грамме почвы, что в миллион раз лучше, чем викингов», - сказал Бада.
Добавленная капиллярная система электрофореза забирает конденсированную жидкость с холодного пальца и откачивает ее в лабораторию на чипе со встроенными насосами и клапанами, которые направляют жидкость через химикаты, которые помогают идентифицировать аминокислоты и проверять на ручность или хиральность ,
«MOD - это опрос первой стадии, когда образец исследуется на наличие каких-либо флуоресцентных частиц, включая аминокислоты», - сказал Скелли. «Затем инструмент капиллярного электрофореза выполняет анализ второй стадии, где мы на самом деле определяем эти разные виды и можем сказать, что они из себя представляют. Эти два инструмента предназначены для дополнения и развития друг друга ».
«Рич перенес этот эксперимент в новое измерение. У нас действительно есть система, которая работает », - сказал Бада. «Когда я начал думать о тестах на хиральность и впервые поговорил с Ричем, у нас были концептуальные идеи, но на самом деле ничего не работало. Он довел это до такой степени, что у нас есть портативный инструмент, который может быть честен Богу ».
Аминокислоты, строительные блоки белков, могут существовать в двух формах зеркального отображения, обозначенных L (лево) для левшей и D (декстро) для правшей. Все белки на Земле состоят из аминокислот типа L, что позволяет цепочке из них красиво складываться в компактный белок.
Как описывает Мэтис, тест на хиральность использует тот факт, что аминокислоты-левши более плотно вписываются в левую химическую «перчатку», а аминокислоты-правши в правую перчатку. Если аминокислоты как левой, так и правой руки движутся вниз по тонкой капиллярной трубке, выстланной левыми рукавами, то левши будут двигаться медленнее, потому что они проскальзывают в рукавицы по пути. Это похоже на то, как левый политик работает в толпе, сказал он. Она будет двигаться медленнее, чем больше левшей в толпе, потому что это единственные люди, с которыми она пожмет руку. В этом случае левша - это химическое вещество, которое называется циклодекстрин.
Различные аминокислоты - есть 20 различных видов, используемых людьми - также перемещаются по трубе с различной скоростью, что позволяет частично идентифицировать присутствующие.
«После того, как аминокислоты обнаружены с помощью MOD, меченый раствор аминокислоты перекачивается в микрофлюидику и грубо разделяется с помощью заряда», - сказал Мэтис. «Подвижность аминокислот говорит нам кое-что о заряде и размере и, когда присутствуют циклодекстрины, есть ли у нас рацемическая смесь, то есть равное количество лево- и правосторонних аминокислот. Если мы это сделаем, аминокислоты могут быть небиологическими. Но если мы видим хиральный избыток, мы знаем, что аминокислоты должны быть биологического происхождения ».
Самая современная микросхема, разработанная и изготовленная компанией Skelley, состоит из каналов, вытравленных фотолитографическими методами, и микрофлюидной насосной системы, помещенной в четырехслойный диск диаметром четыре дюйма, со слоями, соединенными просверленными каналами. Микропроцессорные клапаны и насосы изготовлены из двух слоев стекла с гибкой полимерной (PDMS или полидиметилсилоксановой) мембраной между ними, перемещаются вверх и вниз с помощью источника давления или вакуума. Физик-химик из Калифорнийского университета в Беркли Джеймс Шерер, который разработал прибор для капиллярного электрофореза, также разработал чувствительный флуоресцентный детектор, который быстро считывает структуру на чипе.
Один из текущих грантов команды НАСА предназначен для создания Микро-фабричной Лаборатории следующего поколения, или MOL, для полета на Марс, на луну Юпитера Европу или, возможно, на комету и для проведения еще более сложных химических испытаний в поисках более полного набора органических молекулы, в том числе нуклеиновые кислоты, структурные единицы ДНК. На данный момент, однако, цель - это инструмент, готовый к 2009 году выйти за рамки текущих экспериментов на марсоходах Mars 2003 и искать аминокислоты.
«Вы должны помнить, что пока мы не обнаружили никакого органического материала на Марсе, так что это был бы огромный шаг вперед», - сказал Бада. «В охоте на жизнь есть два требования: вода и органические соединения. С недавними открытиями марсоходов, которые предполагают, что вода присутствует, остающиеся неизвестными являются органические соединения. Вот почему мы сосредоточены на этом.
«Mars Organic Analyzer - очень мощный эксперимент, и мы надеемся найти не только аминокислоты, но и аминокислоты, которые выглядят так, будто они могут быть получены от какого-то живого существа».
Первоисточник: Пресс-релиз Беркли
