เครดิตภาพ: UC Berkeley
เทคโนโลยีล้ำสมัยแบบเดียวกับที่เร่งการจัดลำดับจีโนมมนุษย์สามารถบอกเราทีละครั้งว่าชีวิตมีอยู่บนดาวอังคารหรือไม่ตามที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์นักเคมีกล่าว
Richard Mathies, UC Berkeley ศาสตราจารย์วิชาเคมีและนักพัฒนาของอาร์เรย์อิเล็กโทรไลต์เส้นเลือดฝอยแรกและป้ายย้อมสีเรืองแสงการถ่ายโอนพลังงานใหม่ - ทั้งที่ใช้ใน DNA sequencers วันนี้ - เป็นเครื่องมือที่จะใช้เทคโนโลยีเหล่านี้เพื่อสำรวจฝุ่นดาวอังคาร -based กรดอะมิโนหน่วยการสร้างโปรตีน
Alison Skelley นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Rock Garden ซึ่งเป็นหนึ่งในเว็บไซต์ในทะเลทราย Atacama ของชิลีที่นักวิจัยได้ลองดินหากรดอะมิโนเพื่อเตรียมส่งเครื่องมือไปยังดาวอังคารเพื่อค้นหาสัญญาณของชีวิต ซากปรักหักพังของเมือง Yunguy อยู่ด้านหลัง (ภาพถ่ายมารยาท Richard Mathies lab / UC Berkeley)
ด้วยการพัฒนาสองทุนจาก NASA รวมเกือบ 2.4 ล้านเหรียญเขาและสมาชิกในทีมจาก Jet Propulsion Laboratory (JPL) ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียและสถาบัน Scripps แห่งมหาสมุทรแปซิฟิกของ UC San Diego หวังที่จะสร้างเครื่องวิเคราะห์อินทรีย์บนดาวอังคารเพื่อเดินทางบนเส้นทางของนาซ่า ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์หุ่นยนต์ดาวอังคารและ / หรือภารกิจ ExoMars ขององค์การอวกาศยุโรปซึ่งทั้งคู่มีกำหนดเปิดตัวในปี 2552 ข้อเสนอของ ExoMars ได้รับความร่วมมือจาก Pascale Ehrenfreund รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์จาก University of Leiden ในเนเธอร์แลนด์
เครื่องวิเคราะห์สารอินทรีย์ของดาวอังคารซึ่งเรียกว่า MOA นั้นไม่เพียง แต่จะตรวจสอบลายเซ็นทางเคมีของกรดอะมิโนเท่านั้น แต่ยังทำการทดสอบคุณสมบัติที่สำคัญของกรดอะมิโนที่มีชีวิตเป็นหลัก กรดอะมิโนสามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการทางกายภาพในอวกาศซึ่งมักพบในอุกกาบาต แต่พวกมันมีทั้งซ้ายและขวาเท่ากัน ถ้ากรดอะมิโนบนดาวอังคารมีความต้องการกรดอะมิโนทางซ้ายหรือทางกลับกันพวกมันน่าจะมาจากสิ่งมีชีวิตบางอย่างบนดาวเคราะห์
“ เรารู้สึกว่าการวัดความเป็นเนื้อเดียวกัน - ความชุกของความถนัดซ้ายชนิดหนึ่ง - จะเป็นการพิสูจน์ชีวิตอย่างแน่นอน” Mathies สมาชิก UC Berkeley จากสถาบันวิจัยชีวการแพทย์เชิงปริมาณแห่งแคลิฟอร์เนีย (QB3) กล่าว “ นั่นคือเหตุผลที่เรามุ่งเน้นการทดสอบประเภทนี้ หากเราไปที่ดาวอังคารและค้นหากรดอะมิโน แต่ไม่ได้วัดความเป็น chirality เราจะรู้สึกโง่มาก เครื่องมือของเราสามารถทำได้”
MOA เป็นหนึ่งในเครื่องมือที่หลากหลายภายใต้การพัฒนาด้วยการระดมทุนของ NASA เพื่อค้นหาการปรากฏตัวของโมเลกุลอินทรีย์บนดาวอังคารพร้อมข้อเสนอสุดท้ายสำหรับภารกิจปี 2552 ที่จะถึงกลางเดือนกรกฎาคม นักคณิตศาสตร์และเพื่อนร่วมงาน Jeffrey Bada จาก Scripps และ Frank Grunthaner แห่ง JPL ผู้วางแผนที่จะส่งข้อเสนอเพียงข้อเดียวที่ทดสอบการใช้งานของกรดอะมิโนได้นำเครื่องวิเคราะห์ไปทดสอบและแสดงว่ามันใช้งานได้ รายละเอียดของข้อเสนอของพวกเขาตอนนี้บนเว็บที่ http://astroiology.berkeley.edu
ในเดือนกุมภาพันธ์ Grunthaner และ UC Berkeley นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Alison Skelley เดินทางไปยังทะเลทราย Atacama ของชิลีเพื่อดูว่าเครื่องตรวจจับกรดอะมิโนที่เรียกว่าเครื่องตรวจจับอินทรีย์ Mars หรือ MOD สามารถหากรดอะมิโนในพื้นที่ที่แห้งแล้งที่สุดของโลก MOD ประสบความสำเร็จอย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตามเนื่องจากในช่วงครึ่งหลังของการทดลอง -“ แล็บบนชิป” ที่ทดสอบการส่งกรดอะมิโน - ยังไม่ได้แต่งงานกับ MOD นักวิจัยจึงนำตัวอย่างกลับไปที่ UC Berkeley สำหรับส่วนนั้นของ ทดสอบ. Skelley ประสบความสำเร็จในการทดลองเสร็จสิ้นแล้วซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ของระบบ lab-on-a-chip ด้วย MOD
“ หากคุณไม่สามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตในภูมิภาค Yungay ของทะเลทราย Atacama คุณไม่มีธุระอะไรที่จะไปดาวอังคาร” Mathies กล่าวอ้างถึงพื้นที่ทะเลทรายในชิลีที่ซึ่งลูกเรืออยู่และทำการทดสอบบางอย่าง
Mathies ซึ่งเมื่อ 12 ปีที่แล้วได้พัฒนาตัวแยกอิเลคโตรโฟรีซีสของเส้นเลือดฝอยที่วางตลาดโดย Amersham Biosciences ใน DNA sequencers ที่รวดเร็วของพวกเขามั่นใจว่าการปรับปรุงกลุ่มของเทคโนโลยีที่ใช้ในโครงการจีโนมจะสมบูรณ์แบบในโครงการสำรวจดาวอังคาร
“ ด้วยเทคโนโลยีไมโครฟลูอิดิคที่เราพัฒนาขึ้นและความสามารถของเราในการสร้างอาร์เรย์ของเครื่องวิเคราะห์แหล่งกำเนิดที่ดำเนินการทดลองง่าย ๆ ที่ค่อนข้างไม่แพงเราไม่จำเป็นต้องให้คนบนดาวอังคารทำการวิเคราะห์ที่มีคุณค่า” เขากล่าว “ จนถึงตอนนี้เราได้แสดงให้เห็นว่าระบบนี้สามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตในรูปแบบลายนิ้วมือและเราสามารถทำการวิเคราะห์ที่สมบูรณ์ในด้านนี้ได้ เราตื่นเต้นมากเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในอนาคต”
Bada นักเคมีทางทะเลเป็นนัก exobiologist ที่พัฒนาขึ้นเกือบสิบปีที่ผ่านมาวิธีใหม่ในการทดสอบกรดอะมิโนเอมีน (ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายของกรดอะมิโน) และโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนสารประกอบอินทรีย์ที่พบในจักรวาล การทดลองนั้น MOD ได้รับเลือกสำหรับภารกิจสู่ดาวอังคารในปี 2003 ที่ถูกทิ้งไว้เมื่อ Mars Polar Lander ชนในปี 1999
ตั้งแต่นั้นมา Bada ได้ร่วมมือกับ Mathies เพื่อพัฒนาเครื่องมือที่มีความทะเยอทะยานมากขึ้นซึ่งรวม MOD ที่ได้รับการปรับปรุงกับเทคโนโลยีใหม่สำหรับการระบุและทดสอบ chirality ของกรดอะมิโนที่ตรวจพบ
เป้าหมายสูงสุดคือการค้นหาหลักฐานของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร ยานไวกิ้งลงจอดในปี 1970 ทดสอบโมเลกุลอินทรีย์บนดาวอังคารไม่สำเร็จ แต่ความไวของมันต่ำมากจนไม่สามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตได้แม้ว่าจะมีแบคทีเรียนับล้านตัวต่อกรัมดิน Bada กล่าว ตอนนี้องค์การนาซ่าโรเวอร์วิญญาณและโอกาสได้แสดงให้เห็นอย่างแน่นอนว่ามีน้ำนิ่งอยู่บนพื้นผิวจุดมุ่งหมายคือการค้นหาโมเลกุลอินทรีย์
Bada’s MOD ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ความร้อนตัวอย่างดินบนดาวอังคารและในความกดดันต่ำที่พื้นผิวไอระเหยโมเลกุลอินทรีย์ใด ๆ ที่อาจมีอยู่ จากนั้นไอจะควบแน่นลงบนนิ้วมือเย็นกับกับดักเย็นถึงอุณหภูมิกลางคืนของดาวอังคารโดยประมาณ 100 องศาต่ำกว่าศูนย์ฟาเรนไฮต์ นิ้วเย็นถูกเคลือบด้วยตัวตรวจสีย้อมฟลูออเรสเซนต์ที่จับกับกรดอะมิโนเท่านั้นดังนั้นสัญญาณฟลูออเรสเซนต์ใด ๆ ที่บ่งชี้ว่ามีกรดอะมิโนหรือเอมีน
“ ตอนนี้เราสามารถตรวจจับกรดอะมิโนหนึ่งล้านล้านกรัมในดินกรัมซึ่งดีกว่าไวกิ้งเป็นล้านเท่า” บาดากล่าว
ระบบอิเล็กโทรโฟเรซิสของเส้นเลือดฝอยที่เพิ่มลงจะดูดของเหลวที่ควบแน่นออกจากนิ้วมือเย็นแล้วดูดไปยังห้องแล็บบนชิปที่มีปั๊มและวาล์วในตัวซึ่งจะส่งผ่านสารเคมีที่ผ่านของเหลวซึ่งช่วยระบุกรดอะมิโนและตรวจสอบ .
“ MOD คือการซักถามขั้นแรกซึ่งมีการตรวจสอบตัวอย่างเพื่อดูว่ามีสายพันธุ์ฟลูออเรสเซนต์ใดรวมถึงกรดอะมิโน "Skelley กล่าว “ จากนั้นเครื่องมืออิเล็กโตรโฟรีซิสคาปิลลารีทำการวิเคราะห์ระยะที่สองซึ่งเราสามารถแก้ไขสายพันธุ์ที่แตกต่างกันเหล่านั้นและสามารถบอกได้ว่ามันคืออะไร เครื่องมือทั้งสองนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อเสริมและต่อเติมซึ่งกันและกัน”
“ คนรวยได้นำการทดลองนี้ไปสู่มิติถัดไป เรามีระบบที่ใช้งานได้จริง” บาดากล่าว “ เมื่อฉันเริ่มคิดเกี่ยวกับการทดสอบความเป็นเด็กและพูดคุยกับริชเป็นครั้งแรกเรามีแนวคิดที่เกี่ยวกับความคิด แต่ไม่มีอะไรที่ใช้งานได้จริง เขานำไปยังจุดที่เรามีเครื่องมือแบบพกพาที่ซื่อสัตย์ต่อพระเจ้า”
กรดอะมิโนซึ่งเป็นหน่วยการสร้างของโปรตีนสามารถมีอยู่ในรูปแบบภาพสะท้อนในกระจกสองรูปแบบกำหนด L (levo) สำหรับมือซ้ายและ D (dextro) สำหรับมือขวา โปรตีนทั้งหมดบนโลกนั้นประกอบไปด้วยกรดอะมิโนชนิด L ทำให้โซ่ของพวกมันสามารถพับเป็นโปรตีนขนาดเล็กได้
ดังที่ Mathies อธิบายไว้การทดสอบ chirality ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่ากรดอะมิโนที่ถนัดซ้ายนั้นเข้ากันได้ดีกับ mitt ซึ่งเป็นสารเคมีที่ถนัดซ้ายและกรดอมิโนที่ถนัดขวา หากกรดอะมิโนทั้งซ้ายและขวาเคลื่อนที่ไปตามหลอดเส้นเลือดฝอยบาง ๆ ที่เรียงรายไปด้วย mitts มือซ้ายคนที่ถนัดซ้ายจะเดินทางช้ากว่าเพราะพวกมันลื่นไถลไปมาตามทาง มันเหมือนกับนักการเมืองมือซ้ายที่ทำงานกันเป็นฝูงเขากล่าว เธอจะขยับผู้คนที่ถนัดมือซ้ายช้ากว่าเพราะคนเหล่านี้เป็นเพียงคนเดียวที่เธอจะจับมือกัน ในกรณีนี้ถุงมือซ้ายเป็นสารเคมีที่เรียกว่าไซโคลเด็กซ์ทริน
กรดอะมิโนที่แตกต่างกัน - มี 20 ชนิดที่มนุษย์ใช้ - เดินทางผ่านหลอดในอัตราที่ต่างกันซึ่งทำให้สามารถระบุตัวตนของบางส่วนได้
“ หลังจากตรวจพบกรดอะมิโนโดย MOD แล้วสารละลายกรดอะมิโนที่ติดฉลากนั้นจะถูกสูบลงในไมโครฟลูอิดิคและแยกออกจากกันอย่างหยาบโดยประจุ” Mathies กล่าว “ ความคล่องตัวของกรดอะมิโนบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับประจุและขนาดและเมื่อมีไซโคลเดกซ์ทรินไม่ว่าเราจะมีส่วนผสมของ racemic นั่นก็คือกรดอะมิโนทั้งซ้ายและขวาในปริมาณที่เท่ากัน ถ้าเราทำเช่นนั้นกรดอะมิโนอาจไม่ใช่แบบชีวภาพ แต่ถ้าเราเห็น chiral เกินเรารู้ว่ากรดอะมิโนต้องมาจากแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ”
ชิพที่ล้ำสมัยที่ออกแบบและสร้างโดย Skelley ประกอบด้วยช่องทางที่ถูกแกะสลักด้วยเทคนิค photolithographic และระบบสูบ microfluidic ที่ประกบกันเป็นแผ่นดิสก์สี่ชั้นสี่นิ้วที่มีชั้นที่เชื่อมต่อกันด้วยช่องเจาะ วาล์วและปั๊มขนาดเล็กที่ทำจากแก้วสองชั้นที่มีเมมเบรนที่มีความยืดหยุ่น (PDMS หรือ polydimethylsiloxane) เมมเบรนในระหว่างนั้นเลื่อนขึ้นและลงโดยใช้แรงดันหรือสุญญากาศ นักเคมีกายภาพ UC Berkeley James Scherer ผู้ออกแบบเครื่องมืออิเล็กโตรโฟรีซิสแบบเส้นเลือดฝอยได้พัฒนาเครื่องตรวจจับฟลูออเรสเซนซ์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งอ่านลวดลายบนชิปได้อย่างรวดเร็ว
หนึ่งในทีมที่ได้รับทุนจากองค์การนาซ่าในปัจจุบันคือการพัฒนาห้องปฏิบัติการออร์แกนิครุ่นไมโครไฟเบอร์หรือ MOL เพื่อบินไปยังดาวอังคารดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสหรืออาจเป็นดาวหางและทำการทดสอบทางเคมีที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น โมเลกุลรวมถึงกรดนิวคลีอิกซึ่งเป็นหน่วยโครงสร้างของ DNA อย่างไรก็ตามในตอนนี้เป้าหมายคือเครื่องมือที่พร้อมใช้ในปี 2009 เพื่อก้าวข้ามการทดลองในปัจจุบันบนยานโรเวอร์ดาวอังคาร 2003 และมองหากรดอะมิโน
“ คุณต้องจำไว้ว่าจนถึงตอนนี้เรายังไม่ได้ตรวจพบวัตถุอินทรีย์บนดาวอังคารดังนั้นมันจะเป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่ไปข้างหน้า” บาดากล่าว “ ในการตามล่าหาชีวิตมีสองข้อกำหนด: น้ำและสารประกอบอินทรีย์ จากการค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ของยานสำรวจดาวอังคารที่แสดงให้เห็นว่ามีน้ำอยู่สิ่งที่ยังไม่ทราบคือสารประกอบอินทรีย์ นั่นคือเหตุผลที่เรามุ่งเน้นไปที่เรื่องนี้
“ เครื่องวิเคราะห์อินทรีย์ของดาวอังคารเป็นการทดลองที่ทรงพลังมากและความหวังอันยิ่งใหญ่ของเราคือการค้นหากรดอะมิโนไม่เพียง แต่กรดอะมิโนที่ดูเหมือนว่าพวกมันอาจมาจากเอนทิตีสิ่งมีชีวิตบางประเภท”
แหล่งต้นฉบับ: Berkeley News Release
