ТехнологииИсточник18 сент.

Эти революционные студенческие эксперименты могут помочь людям путешествовать в космосе

nk_hauz/J0muAeSnR.jpeg

Человеческое тело не предназначено для жизни в космосе, но генетические эксперименты на Международной космической станции готовят биологический инструментарий для будущего долгосрочного космического полета. И некоторые из самых революционных исследований ДНК, проводимых в орбитальной лаборатории, были разработаны студентами.

Программа «Гены в космосе», национальный конкурс для учащихся 7–12 классов, стала инкубатором для этих инноваций, которыми руководит молодежь. В конкурсе учащимся предлагается разработать эксперименты по анализу ДНК, не забывая при этом о Национальной лаборатории МКС США и ее доступных инструментах.

Студенты Аарти Виджаякумар, Ребекка Ли, Мишель Сан и Дэвид Ли выиграли конкурс в 2018 году, и их проект стал экспериментом «Гены в космосе-6». Расследование студенческой команды вошло в историю. Впервые в космосе астронавты НАСА успешно отредактировали ДНК с помощью технологии CRISPR / Cas9 во время работы над исследованием Genes in Space-6 23 мая 2019 года.

Сокращение CRISPR означает кластерные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами - повторяющуюся последовательность ДНК в геномах. Cas9, тип модифицированного белка, действует как ножницы, которые могут отрезать части цепей ДНК, чтобы ученые могли модифицировать генетический материал на целевом участке.

Различия ДНК в космосе

«Я вспомнила, когда Кейт Рубинс стала первой, кто секвенировал ДНК в космосе (в 2016 году), а затем узнать, что я смогу сделать еще одну первую в космосе, для меня было действительно интересно», - сказала астронавт НАСА Кристина Кох, которая работала над эксперимент на космической станции. «Я был просто поражен тем фактом, что они, старшеклассники, создавали что-то настолько сложное, что требовало такой самоотдачи и научного мастерства».

Исследование было направлено на анализ того, как восстанавливаются разрывы ДНК в космической среде.

Команда студентов разработала свой подход после того, как осознала, что астронавты сталкиваются с повышенным риском рака, когда они возвращаются на Землю после длительного космического полета. Этот повышенный риск связан с повреждением ДНК, которое не восстанавливается должным образом, как показали предыдущие исследования.

«Мы решили, что действительно хотим понять, что происходит с путями восстановления ДНК в космосе», - сказал Виджаякумар, сейчас студент Йельского университета, изучающий молекулярную биофизику и биохимию.

Когда мы находимся на Земле, ДНК защищена от повреждений атмосферой и магнитным полем планеты. Когда космонавты покидают Землю, их ДНК подвергается риску повреждения. Если ДНК восстанавливается неправильно, могут произойти мутации.

«Двухцепочечные разрывы, которые в этом эксперименте смоделированы с помощью CRISPR, случаются с астронавтами из-за компонента излучения галактических космических лучей», - сказал Кох. «И это то, от чего очень трудно защититься, когда вы находитесь в космосе».

Эксперимент включал использование CRISPR / Cas9 в дрожжевых клетках для создания двухцепочечных разрывов в определенном месте генома дрожжей. Астронавты ждали, чтобы позволить клеткам восстановить нанесенный ими ущерб. Затем команда создала копии этого восстановленного участка ДНК, используя метод, известный как полимеразная цепная реакция, или ПЦР, во встроенном инструменте под названием miniPCR.

Отдельное устройство под названием MinION смогло секвенировать восстановленную ДНК в копиях. Посредством секвенирования ДНК астронавты смогли определить, что она была восстановлена ​​правильно - и все это в отсутствие гравитации.

Весь эксперимент проходил в космосе, без необходимости возвращать какие-либо клетки на Землю для дальнейшего анализа. Команда Genes in Space-6 ждала визуального маркера в качестве подтверждения того, что CRISPR успешно отредактировал клетки. Когда астронавты подняли пластину, они увидели единственную красную колонию - сигнал, который команда надеялась увидеть.

Студенческая команда смогла в реальном времени наблюдать за тем, как астронавты проводят эксперимент в космосе. Четверо студентов также имели возможность поработать с учеными над своим экспериментом, а также собрать результаты для публикации.

«Мы впервые смогли убедиться, что CRISPR / Cas9 действительно успешно работает в космосе, и впервые установили этот удивительный инструмент для редактирования генов в космосе», - сказал Виджаякумар. «Это помогает настроить весь этот набор инструментов и рабочий процесс молекулярной биологии, которые впоследствии можно будет использовать, чтобы, надеюсь, ответить на наши первоначальные вопросы и многие другие вопросы».

Результаты эксперимента были опубликованы в июньском исследовании журнала PLOS ONE. Эти результаты могут предоставить модель для будущих исследований ДНК, изучающих восстановление клеток, а также помочь облегчить контрмеры или потенциальные фармацевтические методы лечения. Это также создает потенциал для дальнейшего редактирования генома в космосе.

«Это то, что мы, как астронавты, очень хорошо знаем как при длительных космических полетах на низкой околоземной орбите, так и в более глубоких космических полетах к Луне и Марсу», - сказал Кох.

«Мы устанавливаем пределы радиационного облучения, которое данный астронавт может испытать во время своей космической карьеры, основываясь на научных данных о последствиях этого излучения, поэтому это важный компонент миссий дальних космических полетов и понимание того, сколько времени мы можем это сделать".

Сохранение здоровья космонавтов

Посредством таких программ, как «Гены в космосе», студенты могут делиться своими подходами и потенциальными решениями рисков и проблем, с которыми астронавты могут столкнуться в космосе.

"Студенты могут видеть эти связи, которых вы не видите, когда вы в некоторой степени погружены в конкретную научную подготовку, поэтому это похоже на постоянный источник вдохновения, когда мы видим, что мы не исчерпали весь пул идей - все еще есть новые идей », - сказала Кэти Мартин, руководитель программы« Гены в космосе ». «Несмотря на то, что мы получаем сотни каждый год, мы видим все виды удивительных, неоткрытых идей, которые никогда бы не пришли в голову сами».

Кристофф Мискитта, ныне первокурсник Массачусетского технологического института, победил в конкурсе 2020 Genes in Space со своим экспериментом, призванным понять, как функционирует печень в космосе. Конкурс 2020 года впервые был полностью виртуальным из-за пандемии.

«Мы пытаемся разработать мощный и эффективный рабочий процесс, чтобы понять состояние печени в космосе и использовать его в качестве основы для понимания некоторых проблем, связанных с тем, как астронавты принимают лекарства в настоящее время, и для решения проблем, которые мы находим». - сказал Мискитта.

«Надеюсь, мы сможем использовать это как платформу для разработки более совершенных и различных типов лекарств».

Расследование Мискитты также тестирует новую биотехнологию на космической станции под названием Genes in Space fluorescence viewer.

«По сути, он позволяет визуализировать флуоресценцию, генерируемую органическими молекулами, и мы надеемся использовать это в будущем в качестве платформы для быстрой диагностики и других исследований, так что это перспективный эксперимент, предусматривающий множество захватывающих испытаний в будущее », - сказал он.

Лекарства можно использовать в качестве контрмер для борьбы с проблемами со здоровьем, с которыми астронавты сталкиваются во время длительного космического полета, но отсутствие гравитации или увеличение радиации в космосе могут фактически изменить способ, которым человеческое тело разрушает лекарства. Это может означать, что необходимо изменить дозировки, чтобы они были более безопасными и эффективными.

Мало что известно о функции печени в космосе, но предыдущие исследования показали, что она отличается от того, когда мы находимся на Земле.

Белки в лекарствах для разрушения печени, поэтому понимание того, как функционирует печень и как это разрушение происходит в космосе, может быть только началом. Лекарства могут стать еще более важными, поскольку экипажи астронавтов выполняют миссии в дальний космос, когда связь между их космическим кораблем и Землей все больше задерживается.

«Примерно каждый пятый раз в 79 миссиях шаттла мы знаем, что эти лекарства, как правило, не работали идеально», - сказал Мискитта. «Мы стремимся решить те редкие случаи, когда они вообще не работают».

Астронавт НАСА Меган Макартур в настоящее время проводит расследование Мискитты на космической станции. В эксперименте используются изолированные генетические материалы из печени мышей, некоторым из которых давали ацетаминофен, а другим - нет. Команда будет проверять, заметны ли эффекты препарата на уровне ДНК во время нахождения на космической станции.

Мискитта надеется, что подобные исследования могут внести свой вклад в систему безопасности для космонавтов, поскольку у них есть персонализированные лекарства, которым они могут доверять.

Около 90% участников «Гены в космосе» узнали о конкурсе от своих учителей. В рамках программы создана лаборатория в ящике, где учителя могут брать набор инструментов, который включает в себя то же самое оборудование, которое астронавты используют для проведения экспериментов на космической станции.

Астронавты считают эти эксперименты, а также участие студентов, разрабатывающих их, бесценным.

💬 Последние комментарии
Весёлый Роджер
ОЙ Шмуля, ТУПОЙ пархатый свинорыл, ты опять ступил! Таки ты на Русском прокси восседаешь та НАШЕ Сало пожираешь!!!, Ой як же то славненько, хе... и будэ тоби хе-хе, долбоЭб продажный!
Голос разума
Мы имеем во врагах Россию...? Интересное умозаключение. Готова ли ты отстаивать свои интересы, интересы своей семьи, своих друзей, своей страны?
Игбун Хохлов
Хохлочурка, и что конкретно не выполняется?
---
вы же поставили верховенство интересов эвропы и своих желаний выше верховенства конституции Украины в 2014году. Почему другие не могут сделать то же самое =или *а нас за что?*.Теперь вы едите то ,чем кормили других-хавайте и скачите.
Голос разума
Верховенство своих интересов и желаний над интересами и недействующими законами Украины? ФАНТАСТИЧЕСКОЕ ОТКРОВЕНИЕ !!!!
Каменяр
Я говорю про виконання РФ своїх законів Договор между Российской Федерацией и Республикой Крым о принятии в Российскую Федерацию Республики Крым и образовании в составе Российской Федерации новых субъектов Статья 3 1. Российская Федерация гарантирует всем народам, проживающим на территориях Республики Крым и города федерального значения Севастополя, право на сохранение родного языка, создание условий для его изучения и развития. 2. Государственными языками Республики Крым являются русский, украинский и крымско-татарский языки.
А мы ведь верили....
"Союз нерушимый республик свободных ......." В одной строчке сразу 2 мифа.....