Settembre 28, 2021

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Il test del DNA degli studenti dà buoni risultati

L’astronauta della NASA Christina Koch lavora con Gene Research in Space 6, dove ha progettato un sistema che rompe il DNA da un fungo comune e ha diretto il metodo di riparazione, sequenziando il DNA riparato per determinare se la disposizione originale è stata ripristinata. Credito immagine: NASA

Lo studio della riparazione del DNA è fondamentale per il futuro dell’esplorazione spaziale, che può mettere in pericolo ed esporre gli esseri umani a danni al DNA causati dalle radiazioni. Le condizioni nello spazio possono anche influenzare il modo in cui il corpo umano ripara i danni, aggravando potenzialmente questi rischi.

Grazie al lavoro di quattro studenti, un team di ricercatori e il primo utilizzo nello spazio della tecnologia di modifica genetica CRISPR, una recente indagine a bordo della Stazione Spaziale Internazionale ha rotto con successo il DNA di un comune fungo, e ha portato il metodo di riparazione . Sequenziare il DNA riparato per determinare se la disposizione originale è stata ripristinata. ricercatori di Geni nello spazio 6 Ho citato questa prima parte del processo compiuto nello spazio in una pubblicazione scientifica.

I risultati ampliano notevolmente lo studio della biologia molecolare sulla stazione spaziale, consentendo studi sul DNA e una varietà di indagini sulla biologia della microgravità.

Il corpo umano ripara i doppi filamenti nel DNA, dove vengono tagliati i filamenti aggrovigliati della doppia elica, in due modi. In un modo, le regole possono essere aggiunte o rimosse. Nell’altro metodo, i filamenti vengono uniti senza modificare la sequenza del DNA. Fino a poco tempo fa, problemi tecnici e di sicurezza impedivano di studiare questo tipo di difetto genetico a bordo della stazione spaziale.

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Geni nello spazio 6 Il team è stato creato da quattro studenti del Minnesota: Aarthi Vijayakumar, Michelle Song, Rebecca Lee e David Lee. Hanno vinto l’opportunità di partecipare a questa ricerca come parte del programma geni nello spazio, una competizione nazionale che sfida gli studenti dalle classi sette fino al primo anno di scuola superiore a progettare sonde per l’analisi del DNA utilizzando l’ISS National Lab e le apparecchiature di bordo. Gli studenti sono anche coautori della pubblicazione che presenta i risultati.

Foto degli studenti che hanno progettato la ricerca

Qui da sinistra a destra, lo studente delle superiori Aarthi Vijayakumar, lo studente universitario del MIT David Lee e gli studenti delle scuole superiori Michelle Song e Rebecca Lee tengono una conferenza sulla ricerca genetica nello spazio durante l’evento “What On Board” al centro. Kennedy Space Station in Florida il 29 aprile 2019, prima che la ricerca venga pubblicata sulla stazione spaziale. Credito immagine: NASA

Per abbattere regioni specifiche del DNA, il team ha utilizzato una tecnologia di modifica genetica chiamata CRISPR, che sta per Variare brevi ripetizioni regolarmente spaziate (brevi iterazioni alternate raggruppate regolarmente e interspazialmente). Queste sono brevi sequenze di DNA ripetute nei batteri con la sequenza di DNA virale in mezzo. I batteri trascrivono la sequenza del DNA virale in RNA, che guida la proteina specifica al DNA e la taglia. Gli scienziati hanno approfittato di questa reazione naturale per creare questa tecnica.

Utilizzando CRISPR, i ricercatori possono creare spaziatori controllati con precisione in una posizione prescelta nel genoma, eliminando il potenziale rischio di danni casuali. Ciò ha posto le basi per consentire la riparazione del DNA nello spazio, che ha fornito l’opportunità di comprendere il meccanismo di riparazione utilizzato.

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“Capire se un tipo di intercettazione è meno soggetto a errori di un altro ha importanti implicazioni”, afferma Sarah Wallace, microbiologa della Divisione di studi biomedici e scienze ambientali presso il Johnson Space Center della NASA a Houston, in Texas. “È possibile sviluppare un trattamento per scegliere un metodo rispetto a un altro, o abbiamo bisogno di più protezione dalle radiazioni, o entrambi? È importante capire per assicurarsi di proteggere l’attrezzatura e aiutarla a recuperare utilizzando il miglior metodo possibile”.

Foto di un astronauta che lavora nel campo della ricerca

David Saint-Jacques della Canadian Space Agency (CSA) sta lavorando alla ricerca genetica nello spazio 6. Credito immagine: NASA

Condurre l’intero processo nello spazio, anziché limitarsi a causare rifrazione, congelare il campione e inviarlo nello spazio per la riparazione, consente di determinare gli effetti delle condizioni di volo spaziale, ed esclusivamente delle condizioni di volo spaziale, su questo processo.

“I geni nello spazio e altri studi sul DNA sulla stazione spaziale hanno anche prodotto sviluppi nell’hardware necessario. Gli strumenti sulla Terra non sono necessariamente utili nello spazio”, afferma Sarah Rommel, autrice principale della pubblicazione e ricercatrice presso il Johnson Center Microbiology Laboratorio Lo usiamo sulla Terra e lo usiamo solo nello spazio, perché dobbiamo mantenere l’integrità delle apparecchiature della stazione e degli ecosistemi di vita. Ad esempio, creiamo kit personalizzati per l’intero processo e pensiamo a come utilizzare la minor quantità di materiali sicuri pur avendo la migliore scienza”.

“Poiché è necessario più lavoro per comprendere le preferenze verso la riparazione del DNA nello spazio, questo lavoro dimostra la complessità di ciò che può essere fatto con gli strumenti molecolari a bordo”, aggiunge Wallace. “Avere un intero laboratorio molecolare nello spazio aumenta ciò che possiamo fare lì, comprese indagini più complesse come il lavoro CRISPR. Stiamo anche cercando di applicare questi metodi in altri contesti, come le stanze d’ospedale. Potrebbe fornire la capacità di generare dati in quasi in tempo reale Grandi benefici nella crisi della resistenza antimicrobica e in contesti con risorse limitate.

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I risultati confermano che ora i ricercatori possono modificare con precisione i geni nello spazio e Rommel e Wallace sperano che altri ricercatori inizieranno a utilizzare questo strumento. “Abbiamo verificato che l’implementazione nello spazio non è così difficile”, afferma Rommel. “Ha funzionato secondo il design e ha fatto quello che doveva fare.”

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Melissa Gaskell
Ufficio di ricerca del programma della stazione spaziale internazionale
Johnson Space Center