Sarah Wallace (L), NASA mikrobiolog och gener i Space-3 huvudutredare, och Sarah Stahl (R), mikrobiolog, ses i deras Johnson Space Center-labb med provet under flygningen från Genes in Space-3-undersökningen. Upphovsman:Rachel Barry
Att kunna identifiera mikrober i realtid ombord på den internationella rymdstationen, utan att behöva skicka tillbaka dem till jorden för identifiering först, skulle vara revolutionerande för mikrobiologins och rymdutforskningens värld. Teamet Genes in Space-3 förvandlade den möjligheten till verklighet i år, när den fullbordade den första prov-till-sekvensprocessen någonsin helt ombord på rymdstationen. Resultat från deras undersökning publicerades i Vetenskapliga rapporter .
Möjligheten att identifiera mikrober i rymden kan hjälpa till att diagnostisera och behandla astronautbesvär i realtid, samt hjälpa till med att identifiera DNA-baserat liv på andra planeter. Det kan också gynna andra experiment ombord på det kretsande laboratoriet. Att identifiera mikrober innebär att DNA från prover isoleras, och sedan förstärka - eller göra många kopior - av det DNA som sedan kan sekvenseras, eller identifieras.
Undersökningen var uppdelad i två delar:insamling av mikrobiella prover och amplifiering genom polymeras kedjereaktion (PCR), sedan sekvensering och identifiering av mikroberna. NASA -astronauten Peggy Whitson genomförde experimentet ombord på det kretsande laboratoriet, med NASAs mikrobiolog och projektets huvudutredare Sarah Wallace och hennes team som tittar på och guidar henne från Houston.
Som en del av regelbunden mikrobiell övervakning, petriplattor rördes mot olika ytor på rymdstationen. Arbetade inom Microgravity Science Glovebox (MSG) ungefär en vecka senare, Whitson överförde celler från växande bakteriekolonier på dessa plattor till provrör i miniatyr, något som aldrig tidigare gjorts i rymden.
När cellerna lyckades samlas in, det var dags att isolera DNA:t och förbereda det för sekvensering, möjliggör identifiering av de okända organismerna - en annan första för rymdmikrobiologi. En historisk väderhändelse, fastän, hotade marklagets förmåga att styra experimentets framsteg.
"Vi började höra rapporterna om orkanen Harvey under veckan mellan Peggy som utförde den första delen av att samla in provet och redo för den faktiska sekvensen, sa Wallace.
När JSC blev otillgängligt på grund av farliga vägförhållanden och stigande översvämningsvatten, teamet vid Marshall Space Flight Center's Payload Operations Integration Center i Huntsville, Alabama, som fungerar som "Mission Control" för all stationsforskning, arbetade med att ansluta Wallace till Whitson med hjälp av Wallaces personliga mobiltelefon.
Med en orkan som härjar utanför, Wallace och Whitson bestämde sig för att skapa historia. Wallace erbjöd stöd till Whitson, en biokemist, när hon använde MinION -enheten för att sekvensera det amplifierade DNA:t. Uppgifterna nedlänkades till teamet i Houston för analys och identifiering.
NASA-astronauten Peggy Whitson utförde Genes in Space-3-undersökningen ombord på rymdstationen med hjälp av miniPCR och MinION, utvecklat för tidigare flögade undersökningar. Upphovsman:NASA
"När vi faktiskt fick data på marken kunde vi vända på det och börja analysera det, sa Aaron Burton, NASA biokemist och projektets medforskare. "Du får alla dessa krångel tomter och du måste göra det till As, Gs, Cs och Ts. "
De som, Gs, Cs och Ts är Adenine, Guanine, Cytosin och tymin - de fyra baser som utgör varje DNA -sträng och kan berätta vilken organism DNA -strängen kom ifrån.
"Direkt, vi såg en mikroorganism dyka upp, och sedan en andra, och det var saker som vi hittar hela tiden på rymdstationen, "sa Wallace." Valideringen av dessa resultat skulle vara när vi fick provet tillbaka för att testa på jorden. "
Strax efter, proverna återlämnade till jorden, tillsammans med Whitson, ombord på Soyuz -rymdfarkosten. Biokemiska och sekvenseringstester slutfördes i marklaboratorier för att bekräfta fynden från rymdstationen. De körde test flera gånger för att bekräfta noggrannheten. Varje gång, resultaten var exakt desamma på marken som i omloppsbana.
Teamet Genes in Space-3 arbetade i hela orkanen Harvey för att säkerställa att verksamheten fortsatte på rymdstationen. På bilden är Aaron Burton, Kristen John, Sarah Stahl och Sarah Wallace när de ser NASA -astronauten Peggy Whitson arbeta inom Microgravity Science Glovebox (MSG) under del ett av undersökningen. Upphovsman:Sarah Wallace
"Vi gjorde det. Allt fungerade perfekt, sa Sarah Stahl, mikrobiolog.
Utvecklad i partnerskap av NASA:s Johnson Space Center och Boeing, denna National Lab -sponsrade undersökning hanteras av Center for the Advancement of Science in Space.
Gener i Space-1 markerade första gången PCR användes i rymden för att förstärka DNA med miniPCR termisk cykler, följt kort därefter av Biomolecule Sequencer, som använde MinION -enheten för att sekvensera DNA. Gen in Space-3 gifte sig med dessa två undersökningar för att skapa en fullständig mikrobiell identifieringsprocess i mikrogravitation.
"Det var ett naturligt samarbete att sätta ihop dessa två tekniska delar eftersom individuellt, de är bra båda två, men tillsammans möjliggör de extremt kraftfulla applikationer för molekylärbiologi, sa Wallace.
