Tìm cách hiểu thêm về các vi khuẩn sinh ra trong không gian, NASA đã khởi xướng một chương trình có tên là Gen trong Không gian-3 - một nỗ lực hợp tác sẽ chuẩn bị, sắp xếp và xác định các sinh vật chưa biết, hoàn toàn từ không gian. Đối với những người có thể nghĩ rằng điều này nghe rất giống bộ phim Đời sống - nơi các phi hành gia hồi sinh một sinh vật ngoài hành tinh trên Trạm vũ trụ quốc tế và mọi người đều chết! - yên tâm, đây không phải là thiết lập cho một số bộ phim kinh dị.
Trên thực tế, nó đại diện cho sự phát triển thay đổi trò chơi dựa trên những thành tựu gần đây, nơi DNA lần đầu tiên được phi hành gia NASA Kate Rubin tổng hợp trên Trạm vũ trụ quốc tế vào năm 2016. Nhìn về phía trước, chương trình Genes in Space-3 sẽ cho phép các phi hành gia trên tàu ISS để thu thập các mẫu vi khuẩn và nghiên cứu chúng trong nhà, thay vì phải gửi chúng trở lại Trái đất để phân tích.
Các thí nghiệm trước đây được thực hiện bởi Rubin - một phần của cuộc điều tra Sequencer Biomolecule - đã tìm cách chứng minh rằng trình tự DNA là khả thi trong một tàu vũ trụ quay quanh. Các Gen trong Space-3 tìm cách xây dựng dựa trên đó bằng cách thiết lập quy trình chuẩn bị mẫu DNA cho phép các phi hành đoàn ISS xác định vi khuẩn, theo dõi sức khỏe của phi hành đoàn và hỗ trợ tìm kiếm sự sống dựa trên DNA ở nơi khác trong Hệ mặt trời.
Như Sarah Wallace - một nhà vi trùng học của NASA và là nhà điều tra chính của dự án (PI) tại Trung tâm vũ trụ Johnson - đã nói trong một thông cáo báo chí gần đây:
Chúng tôi đã bị ô nhiễm ở các bộ phận của trạm nơi nấm được phát triển hoặc vật liệu sinh học đã bị kéo ra khỏi dòng nước bị tắc, nhưng chúng tôi không biết đó là gì cho đến khi mẫu được đưa trở lại phòng thí nghiệm. Trên ISS, chúng ta có thể thường xuyên cung cấp lại chất khử trùng, nhưng khi chúng ta vượt ra khỏi quỹ đạo Trái đất thấp, nơi khả năng tiếp tế ít hơn, việc biết khử trùng hay không trở nên rất quan trọng.
Được phát triển với sự hợp tác của NASA Trung tâm Vũ trụ NASA Johnson và Boeing (và được tài trợ bởi Phòng thí nghiệm quốc gia ISS), dự án này tập hợp hai công cụ sinh học phân tử được thử nghiệm trên không gian trước đây. Đầu tiên, có miniPCR, một thiết bị sao chép các đoạn DNA được nhắm mục tiêu trong một quy trình được gọi là Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) để tạo ra hàng ngàn bản sao.
Thiết bị này được phát triển như một phần của cuộc thi Genes in Space do sinh viên thiết kế và đã được thử nghiệm thành công trên tàu ISS trong thí nghiệm Genes in Space-1. Bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 3 năm 2016, thí nghiệm này đã tìm cách kiểm tra xem sự thay đổi DNA và sự suy yếu của hệ thống miễn dịch (cả hai điều này xảy ra trong không gian vũ trụ) trên thực tế có liên quan hay không.
Thử nghiệm này sẽ được tiếp nối vào mùa hè này với thí nghiệm Genes trong Space-2. Bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 9, thí nghiệm này sẽ đo lường mức độ ảnh hưởng của không gian vũ trụ - mũ bảo vệ trên nhiễm sắc thể của chúng ta có liên quan đến bệnh tim mạch và ung thư.
MinION, trong khi đó, là một thiết bị cầm tay được phát triển bởi Oxford Nanopore Technologies. Có khả năng phân tích trình tự DNA và RNA, công nghệ này cho phép phân tích nhanh chóng, cũng có thể di động và có thể mở rộng. Nó đã được sử dụng ở đây trên Trái đất và đã được thử nghiệm thành công trên tàu ISS như một phần của cuộc điều tra Sequencer Biomolecule vào đầu năm nay.
Kết hợp với một số enzyme bổ sung để chứng minh sự khuếch đại DNA, thí nghiệm Gen trong Space-3 sẽ cho phép các phi hành gia đưa phòng thí nghiệm đến các vi sinh vật, thay vì ngược lại. Điều này sẽ bao gồm các thành viên phi hành đoàn thu thập các mẫu từ trong trạm vũ trụ và sau đó nuôi cấy chúng trên phòng thí nghiệm quỹ đạo. Các mẫu sau đó sẽ được chuẩn bị để giải trình tự bằng cách sử dụng miniPCR và giải trình tự và được xác định bằng cách sử dụng MinION.
Như Sarah Stahl, một nhà vi trùng học và nhà khoa học dự án, giải thích, điều này sẽ cho phép các phi hành đoàn chống lại sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm và vi khuẩn. Đây là một ISS rất sạch sẽ, cô nói. Chúng tôi tìm thấy rất nhiều vi sinh vật liên quan đến con người - rất nhiều vi khuẩn phổ biến như Tụ cầu khuẩn và Bacillus và các loại nấm quen thuộc khác nhau như Aspergillus và Penicillium.”
Ngoài việc có thể chẩn đoán bệnh và nhiễm trùng trong thời gian thực, thí nghiệm sẽ cho phép nghiên cứu mới và thú vị trên tàu ISS. Điều này có thể bao gồm xác định cuộc sống dựa trên DNA trên các hành tinh khác, các mẫu sẽ được trả lại cho ISS thông qua đầu dò. Ngoài ra, nếu và vi khuẩn hen được tìm thấy trôi nổi trong không gian, chúng có thể được đưa trở lại ISS để phân tích nhanh chóng.
Một lợi ích khác của chương trình sẽ đến từ các nhà khoa học trên Trái đất có thể truy cập các thí nghiệm đang diễn ra trên tàu ISS trong thời gian thực. Và các nhà khoa học ở đây trên Trái đất cũng sẽ được hưởng lợi từ các công cụ đang được sử dụng, cho phép các cách chẩn đoán virus rẻ và hiệu quả, đặc biệt là ở các nơi trên thế giới, nơi không thể truy cập vào phòng thí nghiệm.
Một lần nữa, sự phát triển của các hệ thống và công cụ sử dụng trong không gian - một môi trường không có lợi cho các công nghệ trên Trái đất - đang cung cấp các ứng dụng vượt xa du hành vũ trụ. Và trong những năm tới, nghiên cứu di truyền dựa trên ISS có thể giúp tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất đang diễn ra, cũng như cung cấp những hiểu biết mới về các lý thuyết như panspermia (tức là vũ trụ được gieo mầm bằng sự sống của sao chổi, tiểu hành tinh và hành tinh).
Hãy chắc chắn thưởng thức video này có tiêu đề Xe vũ trụ Carpool, được cung cấp bởi Trung tâm Vũ trụ NASA Johnson Johnson:
