קרדיט תמונה: UC ברקלי
אותה טכנולוגיה מתקדמת שהאימה את רצף הגנום האנושי יכולה, בסוף העשור, לספר לנו אחת ולתמיד האם החיים אי פעם התקיימו במאדים, כך לפי אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, כימאי.
ריצ'רד מת'יס, פרופסור לכימיה UC Berkeley ומפתח מערכי האלקטרופורזה הקפילרית הראשונה ותוויות צבע פלורסנט חדשות להעברת אנרגיה - שתיהן משמשות ברצפי ה- DNA של ימינו - עובד על מכשיר שישתמש בטכנולוגיות אלה כדי לחקור אבק של מאדים להוכחת חיים. חומצות אמינו מבוססות, אבני הבניין של חלבונים.
הסטודנטית לתארים מתקדמים אליסון סקי בגן הסלע, אחד האתרים במדבר אטקמה בצ'ילה, שם דגמו החוקרים אדמה לחומצות אמינו כהכנה לשליחת מכשיר למאדים כדי לחפש סימני חיים. חורבות העיר יונגוי ברקע. (צילום באדיבות מעבדת ריצ'רד מת'יס / UC ברקלי)
עם שני מענקי פיתוח של נאס"א בהיקף של כמעט 2.4 מיליון דולר, הוא וחברי צוות ממעבדת הנעה של ג'ט (JPL) במכון הטכנולוגי בקליפורניה ומכון סקריפס לאוקיאנוגרפיה של סן דייגו מקווים לבנות מנתח אורגני של מאדים שיעוף על סיפונו של נאס"א. משימת מעבדת המדע הרובוטית של מאדים ו / או משימת ExoMars של סוכנות החלל האירופית, שתיהן אמורות לצאת לדרך בשנת 2009. ההצעה של ExoMars היא בשיתוף פעולה עם פסקייל ארנפרוינד, פרופסור חבר לאסטרוכימיה באוניברסיטת ליידן בהולנד.
המנתח האורגני של מאדים, המכונה MOA, לא נראה רק לחתימה הכימית של חומצות אמינו, אלא בודק מאפיין קריטי של חומצות אמינו מבוססות חיים: כולם שמאליים. ניתן לייצר חומצות אמינו על ידי תהליכים פיזיים בחלל - הם נמצאים לעתים קרובות במטאוריטים - אך הם משמאליים וימניים באותה מידה. אם לחומצות אמינו במאדים יש עדיפות לחומצות אמינו שמאליות או ימניות, או להפך, הן יכולות היו להגיע רק מאיזשהו צורה על פני כדור הארץ, אמר Mathies.
"אנו מרגישים שמדידת ההומוכיראליות - שכיחות של סוג אחד של מסירות על פני אחרת - תהיה הוכחה מוחלטת לחיים", אמר מת'יס, חבר UC ברקלי במכון קליפורניה למחקר ביו-רפואי כמותי (QB3). "זו הסיבה שהתמקדנו בסוג זה של ניסוי. אם נלך למאדים ונמצא חומצות אמינו אך לא נמדוד את הכיראליות שלהן, אנו הולכים להרגיש שטותיים. הכלי שלנו יכול לעשות את זה. "
ה- MOA הוא אחד ממגוון הכלים הנמצאים בפיתוח במימון נאס"א לחיפוש אחר נוכחות של מולקולות אורגניות במאדים, עם הצעות אחרונות למשימת 2009 שתגיע באמצע יולי. המתמטיקה והקולגות ג'פרי באדה מסקריפס ופרנק גרונטאנר מ- JPL, שמתכננים להגיש את ההצעה היחידה שבדיקות למסירת חומצות אמיניות, העמידו את המנתח למבחן והראו שהוא עובד. פרטי הצעתם מופיעים כעת ברשת בכתובת http://astrobiology.berkeley.edu.
בפברואר נסעו גרונטאנר ותלמידת הבוגרים של אוניברסיטת ברקלי, אליסון סקי, למדבר אטקמה של צ'ילה כדי לבדוק אם גלאי חומצות האמינו - המכונה גלאי אורגני של מאדים, או MOD - יכול למצוא חומצות אמינו באזור היובש ביותר של כדור הארץ. ה- MOD הצליח בקלות. עם זאת, מכיוון שהמחצית השנייה של הניסוי - "המעבדה על שבב" שבדקה למסירת חומצות אמיניות - טרם נישאה למודול, החוקרים החזירו את הדגימות ל- UC Berkeley עבור אותו חלק של ה- מבחן. סקלי סיימה כעת בהצלחה ניסויים אלה המדגימים את התאימות של מערכת המעבדה על גבי שבב עם ה- MOD.
"אם אינך יכול לגלות חיים באזור יונגיי שבמדבר אטקמה, אין לך שום עסק לנסוע למאדים," אמר מת'ס והתייחס לאזור המדברי בצ'ילה, שם שהה הצוות וערך כמה מהבדיקות שלהם.
מת'יס, שפיתח לפני 12 שנים את מפרידי האלקטרופורזה הראשיים למערך הנימים ששווקו על ידי אמריהם ביוסיינס ברצפי ה- DNA המהירים שלהם, בטוח כי השיפורים בקבוצתו בטכנולוגיה שמשתמשים בפרויקט הגנום יזכו בצורה מושלמת בפרויקטים לחקירת מאדים.
"עם סוג הטכנולוגיה המיקרו-פלואידית שפיתחנו והיכולת שלנו לבצע מערכים של אנליזרים באתרם שמבצעים ניסויים פשוטים מאוד יחסית לא יקרים, איננו צריכים שאנשים במאדים יבצעו ניתוחים בעלי ערך," אמר. "עד כה הראינו שהמערכת הזו יכולה לזהות חיים בטביעת אצבע, וכי נוכל לבצע ניתוח מלא בתחום. אנחנו ממש נרגשים מהאפשרויות העתידיות. "
באדה, כימאי ימי, הוא האקסוביולוג בצוות, שפיתח לפני כמעט תריסר שנים דרך חדשה לבדיקת חומצות אמינו, אמינים (תוצרי השפלה של חומצות אמינו) ופחמימנים ארומטיים פוליציקליים, תרכובות אורגניות הנפוצות ביקום. הניסוי הזה, MOD, נבחר למשימה לשנת 2003 למאדים שהושחתה כשהמאדים הקוטביים של מאדים התרסק בשנת 1999.
מאז, באדה שיתפה פעולה עם מת'יס לפיתוח מכשיר שאפתני יותר המשלב MOD משופר עם הטכנולוגיה החדשה לזיהוי ובדיקת הכיריות של חומצות האמינו שהתגלו.
המטרה הסופית היא למצוא הוכחות לחיים על מאדים. באנשי הוויקינגים בשנות השבעים נבדקו ללא הצלחה מולקולות אורגניות במאדים, אך הרגישות שלהם הייתה כה נמוכה עד שלא היו מצליחים לאתר חיים גם אם היו מיליון חיידקים לגרם אדמה, אמר באדה. כעת, כאשר נאס"א שוחרת את הרוח וההזדמנות הראו כמעט בוודאות כי מים עומדים שהיו פעם על פני השטח, המטרה היא למצוא מולקולות אורגניות.
ה- MOD של באדה נועד לחמם דגימות אדמה של מאדים, בלחצים הנמוכים לפני השטח, לאדות כל מולקולות אורגניות שעלולות להימצא. האדים מתמצאים אז על אצבע קרה, מלכודת מקוררת לטמפרטורת הלילה הסביבתית של מאדים, כמאה מעלות מתחת לאפס פרנהייט. האצבע הקרה מצופה בעקבות צבע פלואורסממין הנקשרות רק לחומצות אמינו, כך שכל אות פלורסנט מצביע על כך שקיימות חומצות אמינו או אמין.
"ברגע זה אנו מצליחים לאתר טריליון של גרם גרם של חומצות אמינו בתוך גרם אדמה, שהוא פי מיליון יותר טוב מוויקינג," אמר באדה.
מערכת האלקטרופורזה הנימית הנוספת לוגמת את הנוזל המעובה מהאצבע הקרה ומעבירה אותו לשבב במעבדה עם משאבות ושסתומים מובנים המעבירים את הנוזל על פני כימיקלים המסייעים בזיהוי חומצות האמינו ובודקים מידת היד או הכיריות. .
"MOD היא חקירה בשלב ראשון בה נבדק הדגימה בנוכחותם של כל מיני פלורסנט כולל חומצות אמינו," אמרה סקלי. "ואז, מכשיר האלקטרופורזה הנימי מבצע את הניתוח בשלב השני, בו אנו למעשה פותרים את המינים השונים האלה ויכולים לדעת מה הם. שני המכשירים נועדו להשלים ולבנות זה על זה. "
"עשיר לקח את הניסוי הזה לממד הבא. יש לנו באמת מערכת שעובדת ", אמר באדה. "כשהתחלתי לחשוב על בדיקות לכיראליות ודיברתי לראשונה עם ריץ ', היו לנו רעיונות רעיוניים, אבל שום דבר שלא היה ממש מתפקד. הוא לקח את זה לנקודה שבה יש לנו מכשיר נייד אלוהים. "
חומצות אמינו, אבני הבניין של חלבונים, יכולות להתקיים בשתי צורות של תמונת מראה, המיועדות L (לבו) לשמאליים ו- D (dextro) לימניים. כל החלבונים בכדור הארץ מורכבים מחומצות אמינו מסוג L, ומאפשרים לשרשרת מהם להתקפל יפה לחלבון קומפקטי.
כפי שמתאר זאת Mathies, הבדיקה לכיראליות מנצלת את העובדה שחומצות אמינו שמאליות נכנסות יותר טוב ל"מיטה "כימית שמאלנית וחומצות אמינו ימניות למכסה יד ימין. אם גם חומצות אמינו מצד שמאל וימין נעות במורד צינור נימי דק ומרופד בכפפות שמאל, שמאלן תיסע לאט יותר מכיוון שהן מחליקות למטפלים לאורך הדרך. זה כמו פוליטיקאי שמאלי שעובד קהל, הוא אמר. היא תעבור לאט יותר את האנשים שמאלניים יותר בקהל, כי אלה האנשים היחידים איתה ילחץ יד. במקרה זה, מיטה שמאלי הוא חומר כימי הנקרא ציקלודקסטרין.
חומצות אמינו שונות - ישנם 20 סוגים שונים המשמשים את בני האדם - נעות גם במורד הצינור בקצב שונה, המאפשר זיהוי חלקי של הנוכחים.
"לאחר גילוי חומצות אמיניות על ידי MOD, הפתרון של חומצות האמינו שכותרתו מוזרם למיקרופלידים ומופרד בצורה גסה על ידי מטען", אמר מת'יס. "הניידות של חומצות האמינו מספרת לנו משהו על מטען וגודל וכאשר קיימים ציקלודקסטרינים, האם יש לנו תערובת גזעית, כלומר כמות שווה של חומצות אמינו שמאל וימין. אם כן, חומצות האמינו יכולות להיות לא ביולוגיות. אבל אם אנו רואים עודף כיראלי, אנו יודעים שחומצות האמינו חייבות להיות ביולוגיות. "
השבב המעודכן שתוכנן ונבנה על ידי סקלי מורכב מתעלות שנחרטות בטכניקות פוטוליתוגרפיות ומערכת שאיבה מיקרו-פלואידית המוכנסת לדיסק בעל ארבע שכבות בקוטר של ארבעה סנטימטרים, כאשר השכבות מחוברות בתעלות קדחות. השסתומים והמשאבות המיקרו-ייצוריות הזעירות נוצרות משתי שכבות זכוכית עם קרום פולימרים גמיש (PDMS או polydimethylsiloxane) בין לבין, נעים למעלה ולמטה באמצעות מקור לחץ או ואקום. הכימאי הפיזי של UC ברקלי ג'יימס שרר, שתכנן את מכשיר האלקטרופורזה הקפילרית, פיתח גם גלאי פלואורסצנציה רגיש הקורא במהירות את התבנית על השבב.
אחד המענקים הנוכחיים של הצוות של נאס"א הוא לפיתוח מעבדה אורגנית מיקרו-מפוארת, או MOL, כדי לטוס למאדים, לירח של צדק אירופה או אולי לשביט ולבצע בדיקות כימיות מורכבות עוד יותר בחיפוש אחר מערך שלם יותר של אורגני. מולקולות, כולל חומצות גרעין, היחידות המבניות של ה- DNA. אולם לעת עתה, המטרה היא מכשיר המוכן עד שנת 2009 לחרוג מהניסויים הנוכחיים על סיפון מערבי מאדים 2003 ולחפש חומצות אמיניות.
"אתה צריך לזכור, עד כה לא גילינו שום חומר אורגני במאדים, כך שזה יהיה צעד אדיר קדימה," אמר באדה. "במרדף אחר החיים, ישנן שתי דרישות: מים ותרכובות אורגניות. עם הממצאים האחרונים של שוחרי המאדים המצביעים על הימצאות מים, הנותר הלא ידוע הוא תרכובות אורגניות. זו הסיבה שאנחנו מתמקדים בזה.
"המנתח האורגני של מאדים הוא ניסוי רב עוצמה, והתקווה הגדולה שלנו היא למצוא לא רק חומצות אמינו, אלא גם חומצות אמינו שנראות כאילו הן יכולות להגיע ממגוון ישות חיה."
המקור המקורי: מהדורת החדשות של ברקלי
