NASA Realiza la Primera Secuenciación del ADN en el Espacio

NASA Realiza la Primera Secuenciación del ADN en el Espacio

30.08.16.- Por primera vez en la historia, el ADN ha sido secuenciado con éxito en microgravedad como parte del experimento Secuenciador Biomolecular realizado por la astronauta de la NASA Kate Rubins a bordo del la Estación Espacial Internacional. La posibilidad de secuenciar el ADN de los organismos que viven en el espacio abre un nuevo mundo de posibilidades científicas y médicas.

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, contiene las instrucciones que cada célula en un organismo en la Tierra necesita para vivir. Estas instrucciones se representan con las letras A, G, C y T, que identifican las cuatro bases químicas del ADN, adenina, guanina, citosina y timina. Tanto el número como la disposición de estas bases difieren entre los organismos, por lo que su orden, o secuencia, se pueden utilizar para identificar un organismo específico.

La investigación del Secuenciador Biomolecular nos acercó a esta capacidad de secuenciar el ADN en el espacio mediante la demostración, por primera vez, que la secuenciación del ADN es posible en una nave espacial en órbita.

Con un sistema para secuenciar el ADN en el espacio, los astronautas podrían diagnosticar una enfermedad, o identificar los microbios que crecen en la Estación Espacial Internacional y determinar si representan una amenaza para la salud. Un secuenciador de ADN basado en el espacio sería una importante herramienta para ayudar a proteger la salud de los astronautas durante la misión de larga duración en un viaje a Marte, y los futuros exploradores podrían usar potencialmente la tecnología para identificar formas de vida basadas en el ADN fuera de la Tierra.

Este experimento envió muestras de ADN de ratón, virus y bacterias para probar un dispositivo de secuenciación de ADN comercialmente disponible, llamado MinION, desarrollado por Oxford Nanopore Technologies. El MinION funciona mediante el envío de una corriente positiva a través de poros en las membranas incrustadas en el interior del dispositivo, llamadas nanoporos. Al mismo tiempo, fluido que contiene una muestra de ADN pasa a través del dispositivo. Las moléculas individuales de ADN bloquean parcialmente los nanoporos y cambian la corriente en una manera que es única para esa particular secuencia de ADN. Al observar esos cambios, los investigadores pueden identificar la secuencia específica de ADN.

Rubins, experta en biología molecular, realizó la prueba a bordo de la ISS mientras que los investigadores secuenciaron muestras idénticas simultáneamente en la Tierra, para comprobar que la microgravedad no alteraba el proceso.

El uso del dispositivo en el entorno de microgravedad presenta varios desafíos potenciales, según Aaron Burton, científico planetaria e investigador principal del experimento, incluyendo la formación de burbujas de aire en el líquido. En la Tierra, las burbujas suben a la parte superior de una solución líquida y pueden ser removidas por fuerza centrífuga, pero en el espacio, las burbujas son menos predecibles.

Por primera vez en la historia, el ADN ha sido secuenciado con éxito en microgravedad como parte del experimento Secuenciador Biomolecular realizado por la astronauta de la NASA Kate Rubins a bordo del la Estación Espacial Internacional. Image Credit: NASA

"En el espacio, si se introduce una burbuja de aire, no sabemos cómo se comportará", dijo Burton. "Nuestra mayor preocupación es que podría bloquear los nanoporos".

La demostración de la tecnología también trata de validar que el dispositivo es lo suficientemente resistente para soportar la vibración durante el lanzamiento y pueda funcionar de forma fiable en un ambiente de microgravedad cuando se trata de la medición de los cambios en la corriente o la conversión de esos cambios en las secuencias de ADN. Además, los investigadores estarán en busca de cualquier otro factor que podría producir errores o afectar el rendimiento en órbita.

"Esos son sólo los posibles problemas que hemos identificado", dijo la directora del proyecto y microbióloga de la NASA Sara Castro-Wallace. "Muchas de las cosas que pueden introducir errores son simplemente desconocidas en este momento."

Para reducir al mínimo estas incógnitas, los investigadores probaron recientemente todo el proceso de secuenciación en una operación en la Misión NEEEMO de la NASA en el centro de investigación Base Aquarius a 60 pies bajo el agua en la costa de Florida.

"Las pruebas de NEEMO transcurrieron sin problemas," dijo Castro-Wallace. "En términos de un medio hostil, con diferentes grados de humedad, temperatura y presión, tuvimos en cuenta una gran cantidad de variables y el secuenciador se comportó como se esperaba."

Los acuanautas de NEEMO recogieron muestras ambientales del hábitat, se extrajo y se preparó el ADN para la secuenciación, y finalmente secuenciaron el ADN como parte de una continuación de la investigación del Secuenciador Biomolecular. Probar este proceso en un ambiente extremo es un paso importante para su uso en la ISS.

A medida que los investigadores comparan los resultados de las secuencias recogidas en microgravedad y en la Tierra, hasta ahora todo parece coincidir.

"El siguiente paso es poner a prueba todo el proceso en el espacio, incluyendo la preparación de la muestra, así como la realización de la secuenciación," dijo Castro-Wallace. A continuación, los astronautas pueden ir más allá creando una secuencia conocida de ADN y de hecho extraer, preparar y secuenciar el ADN para identificar los microbios desconocidos en órbita.

Además, el secuenciador puede convertirse en una herramienta para otras investigaciones científicas a bordo de la estación. Por ejemplo, los investigadores podrían utilizarla para examinar los cambios en el material genético o la expresión de genes en órbita en lugar de esperar a que las muestras regresen a la Tierra para su análisis.

"Bienvenido a la biología de sistemas en el espacio", dijo Rubins después de haber secuenciado con éxito las primeras moléculas de ADN.

Fuente: NASA