Credito d'immagine: UC Berkeley
La stessa tecnologia all'avanguardia che ha accelerato il sequenziamento del genoma umano potrebbe, entro la fine del decennio, dirci una volta per tutte se la vita sia mai esistita su Marte, secondo un chimico dell'Università della California, Berkeley.
Richard Mathies, professore di chimica della UC Berkeley e sviluppatore dei primi array di elettroforesi capillare e nuove etichette di coloranti fluorescenti a trasferimento di energia - entrambi utilizzati negli attuali sequencer del DNA - sta lavorando a uno strumento che userebbe queste tecnologie per sondare la polvere di Marte per prove di vita aminoacidi a base, i mattoni delle proteine.
La studentessa laureata Alison Skelley al Rock Garden, uno dei siti nel deserto cileno di Atacama, dove i ricercatori hanno raccolto campioni di amminoacidi in preparazione per inviare uno strumento su Marte per cercare segni di vita. Le rovine della città di Yunguy sono sullo sfondo. (Foto per gentile concessione del Richard Mathies lab / UC Berkeley)
Con due sovvenzioni allo sviluppo della NASA per un totale di quasi $ 2,4 milioni, lui e i membri del team del Jet Propulsion Laboratory (JPL) presso il California Institute of Technology e la Scripps Institution of Oceanography della UC San Diego sperano di costruire un Mars Organic Analyzer per volare a bordo della NASA, la missione robotica Mars Science Laboratory e / o la missione ExoMars dell'Agenzia spaziale europea, entrambe previste per il lancio nel 2009. La proposta ExoMars è in collaborazione con Pascale Ehrenfreund, professore associato di astrochimica all'Università di Leida nei Paesi Bassi.
Mars Organic Analyzer, soprannominato MOA, non solo cerca la firma chimica degli aminoacidi, ma verifica una caratteristica critica degli aminoacidi a vita: sono tutti mancini. Gli aminoacidi possono essere prodotti da processi fisici nello spazio - si trovano spesso nei meteoriti - ma sono ugualmente destrorsi e mancini. Se gli amminoacidi su Marte preferiscono gli amminoacidi per mancini, o viceversa, potrebbero provenire solo da una forma di vita sul pianeta, ha detto Mathies.
"Riteniamo che la misurazione dell'omociralità - una prevalenza di un tipo di mano rispetto a un altro - sarebbe la prova assoluta della vita", ha affermato Mathies, membro della UC Berkeley del California Institute for Quantitative Biomedical Research (QB3). "Ecco perché ci siamo concentrati su questo tipo di esperimento. Se andiamo su Marte e troviamo amminoacidi ma non misuriamo la loro chiralità, ci sentiremo molto sciocchi. Il nostro strumento può farlo. "
Il MOA fa parte di una varietà di strumenti in fase di sviluppo con finanziamenti della NASA per cercare la presenza di molecole organiche su Marte, con proposte finali per la missione 2009 prevista per metà luglio. Mathies e colleghi Jeffrey Bada di Scripps e Frank Grunthaner di JPL, che hanno in programma di presentare l'unica proposta di test per la consegna degli aminoacidi, hanno messo alla prova l'analizzatore e hanno dimostrato che funziona. I dettagli della loro proposta sono ora disponibili sul Web all'indirizzo http://astrobiology.berkeley.edu.
A febbraio, Alison Skelley, studente universitario Grunthaner e UC Berkeley, si è recato nel deserto di Atacama in Cile per vedere se il rivelatore di aminoacidi - chiamato Mars Organic Detector, o MOD - fosse in grado di trovare aminoacidi nella regione più arida del pianeta. Il MOD è riuscito facilmente. Tuttavia, poiché la seconda metà dell'esperimento - il "lab-on-a-chip" che verifica la consistenza degli aminoacidi - non era ancora stato sposato con il MOD, i ricercatori hanno riportato i campioni all'UC Berkeley per quella parte del test. Skelley ha terminato con successo questi esperimenti dimostrando la compatibilità del sistema lab-on-a-chip con il MOD.
"Se non riesci a rilevare la vita nella regione di Yungay nel deserto di Atacama, non hai affari per andare su Marte", ha detto Mathies, riferendosi alla regione del deserto in Cile, dove l'equipaggio rimase e condusse alcuni dei loro test.
Mathies, che 12 anni fa ha sviluppato i primi separatori di elettroforesi a matrice capillare commercializzati da Amersham Biosciences nei loro veloci sequencer del DNA, è fiducioso che i miglioramenti del suo gruppo alla tecnologia utilizzata nel progetto del genoma si inseriranno perfettamente nei progetti di esplorazione di Marte.
"Con il tipo di tecnologia microfluidica che abbiamo sviluppato e la nostra capacità di creare array di analizzatori in situ che conducono esperimenti molto semplici in modo relativamente economico, non abbiamo bisogno di avere persone su Marte per eseguire analisi preziose", ha affermato. "Finora, abbiamo dimostrato che questo sistema è in grado di rilevare la vita in un'impronta digitale e di poter effettuare un'analisi completa sul campo. Siamo davvero entusiasti delle possibilità future. "
Bada, chimico chimico, è l'esobiologo del team, avendo sviluppato quasi una dozzina di anni fa un nuovo modo di testare amminoacidi, ammine (i prodotti di degradazione degli amminoacidi) e idrocarburi policiclici aromatici, composti organici comuni nell'universo. Quell'esperimento, MOD, fu selezionato per una missione del 2003 su Marte che fu demolita quando il Polar Polar Lander si schiantò nel 1999.
Da allora, Bada ha collaborato con Mathies per sviluppare uno strumento più ambizioso che combina un MOD migliorato con la nuova tecnologia per identificare e testare la chiralità degli aminoacidi rilevati.
L'obiettivo finale è trovare la prova della vita su Marte. I lander vichinghi negli anni '70 testarono senza successo le molecole organiche su Marte, ma la loro sensibilità era così bassa che non avrebbero potuto rilevare la vita anche se ci fossero stati un milione di batteri per grammo di terreno, ha detto Bada. Ora che la NASA rover Spirit e Opportunity hanno quasi certamente dimostrato che una volta esisteva l'acqua stagnante in superficie, l'obiettivo è quello di trovare molecole organiche.
Il MOD di Bada è progettato per riscaldare campioni di terreno marziano e, a basse pressioni in superficie, vaporizzare eventuali molecole organiche che potrebbero essere presenti. Il vapore si condensa quindi su un dito freddo, una trappola raffreddata alla temperatura notturna notturna di Marte, circa 100 gradi sotto zero Fahrenheit. Il dito freddo è rivestito con traccianti di colorante alla fluorescamina che si legano solo agli aminoacidi, in modo che qualsiasi segnale fluorescente indichi la presenza di aminoacidi o ammine.
"In questo momento, siamo in grado di rilevare un trilionesimo di grammo di aminoacidi in un grammo di terreno, che è un milione di volte meglio di Viking", ha detto Bada.
Il sistema di elettroforesi capillare aggiunto assorbe il fluido condensato dal dito freddo e lo sifona in un laboratorio su un chip con pompe e valvole integrate che instradano il fluido oltre le sostanze chimiche che aiutano a identificare gli aminoacidi e controllare la disponibilità o la chiralità .
"MOD è un primo interrogatorio in cui il campione viene esaminato per la presenza di eventuali specie fluorescenti inclusi gli aminoacidi", ha detto Skelley. “Quindi, lo strumento per elettroforesi capillare esegue l'analisi del secondo stadio, in cui risolviamo effettivamente quelle diverse specie e possiamo dire quali sono. I due strumenti sono progettati per integrarsi e costruire l'uno sull'altro. "
“Rich ha portato questo esperimento nella dimensione successiva. Abbiamo davvero un sistema che funziona ", ha detto Bada. “Quando ho iniziato a pensare ai test per la chiralità e ho parlato per la prima volta con Rich, avevamo idee concettuali, ma nulla funzionava davvero. Lo ha portato al punto in cui abbiamo uno strumento portatile onesto a Dio. "
Gli amminoacidi, i mattoni delle proteine, possono esistere in due forme speculari, designate L (levo) per mancini e D (destrano) per destrimani. Tutte le proteine sulla Terra sono composte da amminoacidi di tipo L, che consentono a una catena di ripiegarsi piacevolmente in una proteina compatta.
Come lo descrive Mathies, il test per la chiralità sfrutta il fatto che gli amminoacidi per mancini si adattano più comodamente in un "guanto" per mancini chimici e gli amminoacidi per destrimani in un guanto per mancini. Se entrambi gli amminoacidi mancini e destrorsi viaggiano lungo un sottile tubo capillare rivestito con guanti per mancini, quelli per mancini viaggeranno più lentamente perché scivolano nei guanti lungo il percorso. È come un politico mancino che lavora in mezzo alla folla, ha detto. Muoverà più lentamente le persone più mancine nella folla, perché quelle sono le uniche persone con cui si stringeranno la mano. In questo caso, il guanto per mancini è una sostanza chimica chiamata ciclodestrina.
Diversi aminoacidi - ci sono 20 tipi diversi usati dall'uomo - viaggiano anche lungo il tubo a velocità diverse, il che consente l'identificazione parziale di quelli presenti.
"Dopo che gli aminoacidi sono stati rilevati dal MOD, la soluzione di aminoacidi marcata viene pompata in microfluidica e separata grossolanamente dalla carica", ha detto Mathies. “La mobilità degli amminoacidi ci dice qualcosa sulla carica e le dimensioni e, quando sono presenti le ciclodestrine, se abbiamo una miscela racemica, cioè una quantità uguale di amminoacidi per mancini e destrorsi. Se lo facciamo, gli aminoacidi potrebbero essere non biologici. Ma se vediamo un eccesso chirale, sappiamo che gli aminoacidi devono essere di origine biologica. "
Il chip all'avanguardia progettato e costruito da Skelley è costituito da canali incisi con tecniche fotolitografiche e un sistema di pompaggio microfluidico inserito in un disco a quattro strati di quattro pollici di diametro, con gli strati collegati da canali perforati. Le minuscole valvole e pompe microfabbricate sono create da due strati di vetro con una membrana polimerica flessibile (PDMS o polidimetilsilossano) nel mezzo, spostata su e giù usando una fonte di pressione o di vuoto. Il chimico fisico della UC Berkeley James Scherer, che ha progettato lo strumento per elettroforesi capillare, ha anche sviluppato un rilevatore di fluorescenza sensibile che legge rapidamente lo schema sul chip.
Una delle attuali concessioni della NASA del team è lo sviluppo di un laboratorio biologico microfabbricato di prossima generazione, o MOL, per volare su Marte, la luna di Giove Europa o forse una cometa e condurre test chimici ancora più elaborati alla ricerca di un set più completo di organico molecole, inclusi acidi nucleici, le unità strutturali del DNA. Per ora, tuttavia, l'obiettivo è uno strumento pronto entro il 2009 per andare oltre gli attuali esperimenti a bordo dei rover Mars 2003 e cercare aminoacidi.
"Devi ricordare, finora non abbiamo rilevato alcun materiale organico su Marte, quindi sarebbe un enorme passo avanti", ha detto Bada. “Nella caccia alla vita, ci sono due requisiti: acqua e composti organici. Con le recenti scoperte dei rover su Marte che suggeriscono la presenza di acqua, il resto sconosciuto sono i composti organici. Ecco perché ci stiamo concentrando su questo.
"Mars Organic Analyzer è un esperimento molto potente e la nostra grande speranza è quella di trovare non solo aminoacidi, ma aminoacidi che sembrano provenire da una sorta di entità vivente."
Fonte originale: Berkeley News Release
