帶著定序上太空!人類首次成功在太空中進行 DNA 定序

作者 | 發布日期 2016 年 09 月 05 日 14:00 | 分類 生物科技 , 航太科技 follow us in feedly
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上周末,具有生物學家背景的 NASA 太空人 Kate Rubins 博士在太空中進行了史上第一次無重力的 DNA 定序試驗。



這項實驗屬於 NASA 的生物分子定序(Biomolecule Sequencer)研究的一部分,這一系列研究計畫目的是為了要確認在太空中進行 DNA 定序的可行性,藉此了解太空站中的生物組成,了解太空站中工作環境可能的病原體,為工作人員的健康狀況把關,並且在未來可能能夠偵測太陽系中以 DNA 為主的生命體。

Rubins (見首圖)在 7 月時到達國際太空站(International Space Station,ISS)加入日本籍 Takuya Onishi 以及俄羅斯籍 Anatoly Ivanishin 兩位太空人的冒險旅程。他們準備在 4 個月內進行超過 250 個實驗,而 Rubins 由於她具有的分子生物學背景,理所當然的負責了這項實驗。她在太空站中利用一種被稱為 MinION 的手持裝置,在太空站中進行 DNA 定序實驗。

MinION 是由英國牛津奈米孔科技(Oxford Nanopore Technologies)所設計的 DNA 定序裝置,整個裝置的體積只有一條巧克力棒的大小,卻能夠辨別 DNA 序列中由腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)所組成的的鹼基排序。緞帶狀的 DNA 分子以線狀的方式能夠通過 MinION 裝置中帶電的奈米孔洞,造成電流改變進而讓裝置能夠偵測讀取。這項裝置能夠幫助太空人在太空中診斷疾病,並且找出在國際太空艙中致病的微生物究竟為何。

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▲ DNA 定序裝置 MinION。

在失重的環境下所進行的定序實驗相當具有挑戰性,光是實驗樣本液體中的氣泡就是個必須解決的問題。一般研究者在地球上進行實驗時,液體中的氣泡會自然而然的浮至液面頂端,透過離心就能夠消除氣泡,但在太空中失重的狀態下,原本單純的氣泡問題變得麻煩許多。

來自小鼠、大腸桿菌及 λ 噬菌體(lambda phage,能夠感染細菌的一種病毒)的 DNA 樣本由天龍號太空船被送至國際太空站(Space X’s Dragon capsule)。在 Rubins 在太空中進行工作的同時,留在地球上的研究者也同時的在地球上進行樣本定序。由於這兩組實驗的差別只在於環境的不同,利用太空站中微重力的環境和地球上的差別,將兩者的結果互相對照,就能夠找出重力對於實驗的影響。目前兩邊的實驗結果互相吻合,顯示微重力環境對 DNA 並不造成太多影響。

這項研究計畫的共同研究者,NASA 的微生物學家 Sarah Castro-Wallace 表示,在太空站上進行定序能夠讓太空船上的人員更了解他們所工作的環境中究竟有哪些生物體,並且讓地球上的工作人員也能採取更適當的措施,有更詳盡的資訊進行判斷,是否需要進行環境清理,或者採用抗生素。太空站上所需的抗生素與殺菌劑可以隨時從地球運輸過去補充,但當太空人離開太空站到地球的反方向工作時,這些物資就變得十分珍貴,什麼樣的情況應該使用那些藥品就必須要小心斟酌,避免浪費。

在最初幾個 DNA 分子被成功定序時,Rubins 便表達了她的興奮和喜悅。「歡迎來到太空中的系統生物學世界!和各位一起見證太空中基因體生物學以及系統生物學的黎明令人興奮不已!」

(圖片來源:NASA) 

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