Crédito de imagen: UC Berkeley
De acuerdo con un químico de la Universidad de California, Berkeley, la misma tecnología de punta que aceleró la secuenciación del genoma humano podría, para el final de la década, decirnos de una vez por todas si la vida alguna vez existió en Marte.
Richard Mathies, profesor de química de UC Berkeley y desarrollador de las primeras matrices de electroforesis capilar y nuevas etiquetas de tinte fluorescente de transferencia de energía, ambas utilizadas en los secuenciadores de ADN de hoy, está trabajando en un instrumento que usaría estas tecnologías para sondear el polvo de Marte en busca de evidencia de vida. a base de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas.
La estudiante graduada Alison Skelley en el Rock Garden, uno de los sitios en el desierto de Atacama en Chile, donde los investigadores tomaron muestras del suelo en busca de aminoácidos en preparación para enviar un instrumento a Marte en busca de signos de vida. Las ruinas de la ciudad de Yunguy están al fondo. (Foto cortesía del laboratorio Richard Mathies / UC Berkeley)
Con dos subvenciones de desarrollo de la NASA por un total de casi $ 2.4 millones, él y los miembros del equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en el Instituto de Tecnología de California y el Instituto de Oceanografía Scripps de UC San Diego esperan construir un Analizador Orgánico de Marte para volar a bordo del itinerario de la NASA, misión robótica del Mars Science Laboratory y / o la misión ExoMars de la Agencia Espacial Europea, ambas programadas para su lanzamiento en 2009. La propuesta de ExoMars es en colaboración con Pascale Ehrenfreund, profesor asociado de astroquímica de la Universidad de Leiden en los Países Bajos.
El Mars Organic Analyzer, denominado MOA, no solo busca la firma química de los aminoácidos, sino que también analiza una característica crítica de los aminoácidos basados en la vida: todos son zurdos. Los aminoácidos pueden ser producidos por procesos físicos en el espacio, a menudo se encuentran en meteoritos, pero son igualmente zurdos y diestros. Si los aminoácidos en Marte tienen preferencia por los aminoácidos zurdos sobre los diestros, o viceversa, solo podrían haber venido de alguna forma de vida en el planeta, dijo Mathies.
"Creemos que medir la homoquiralidad, una prevalencia de un tipo de mano sobre otra, sería una prueba absoluta de la vida", dijo Mathies, miembro de UC Berkeley del Instituto de Investigación Biomédica Cuantitativa de California (QB3). "Por eso nos centramos en este tipo de experimento. Si vamos a Marte y encontramos aminoácidos pero no medimos su quiralidad, nos sentiremos muy tontos. Nuestro instrumento puede hacerlo ".
El MOA es uno de una variedad de instrumentos en desarrollo con fondos de la NASA para buscar la presencia de moléculas orgánicas en Marte, y las propuestas finales para la misión de 2009 deben presentarse a mediados de julio. Mathies y sus colegas Jeffrey Bada, de Scripps, y Frank Grunthaner, de JPL, que planean presentar la única propuesta que evalúa la entrega de aminoácidos, han puesto a prueba el analizador y han demostrado que funciona. Los detalles de su propuesta se encuentran ahora en la Web en http://astrobiology.berkeley.edu.
En febrero, Grunthaner y la estudiante graduada de UC Berkeley, Alison Skelley, viajaron al desierto de Atacama de Chile para ver si el detector de aminoácidos, llamado Detector Orgánico de Marte, o MOD, podía encontrar aminoácidos en la región más seca del planeta. El MOD tuvo éxito fácilmente. Sin embargo, debido a que la segunda mitad del experimento, el "laboratorio en un chip" que prueba la capacidad de aminoácidos, aún no se había casado con el MOD, los investigadores llevaron las muestras a UC Berkeley para esa parte del prueba. Skelley ahora ha finalizado con éxito estos experimentos demostrando la compatibilidad del sistema lab-on-a-chip con el MOD.
"Si no puede detectar la vida en la región de Yungay del desierto de Atacama, no tiene por qué ir a Marte", dijo Mathies, refiriéndose a la región del desierto en Chile, donde la tripulación se quedó y realizó algunas de sus pruebas.
Mathies, quien hace 12 años desarrolló los primeros separadores de electroforesis de matriz capilar comercializados por Amersham Biosciences en sus rápidos secuenciadores de ADN, confía en que las mejoras de su grupo a la tecnología utilizada en el proyecto del genoma se incorporarán perfectamente a los proyectos de exploración de Marte.
"Con el tipo de tecnología microfluídica que hemos desarrollado y nuestra capacidad para hacer conjuntos de analizadores in situ que realizan experimentos muy simples de forma relativamente económica, no necesitamos tener personas en Marte para realizar análisis valiosos", dijo. "Hasta ahora, hemos demostrado que este sistema puede detectar la vida en una huella digital y que podemos hacer un análisis completo en el campo". Estamos realmente entusiasmados con las posibilidades futuras ".
Bada, químico marino, es el exobiólogo del equipo, que desarrolló hace casi una docena de años una nueva forma de analizar aminoácidos, aminas (los productos de degradación de los aminoácidos) e hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos orgánicos comunes en el universo. Ese experimento, MOD, fue seleccionado para una misión de 2003 a Marte que fue desechada cuando el Mars Polar Lander se estrelló en 1999.
Desde entonces, Bada se ha asociado con Mathies para desarrollar un instrumento más ambicioso que combine un MOD mejorado con la nueva tecnología para identificar y probar la quiralidad de los aminoácidos detectados.
El objetivo final es encontrar pruebas de vida en Marte. Los aterrizadores vikingos en la década de 1970 probaron sin éxito las moléculas orgánicas en Marte, pero su sensibilidad era tan baja que no habrían podido detectar la vida incluso si hubiera un millón de bacterias por gramo de suelo, dijo Bada. Ahora que los rovers de la NASA Spirit y Opportunity han demostrado casi con certeza que alguna vez existió agua estancada en la superficie, el objetivo es encontrar moléculas orgánicas.
El MOD de Bada está diseñado para calentar muestras de suelo marciano y, a bajas presiones en la superficie, vaporizar cualquier molécula orgánica que pueda estar presente. El vapor luego se condensa en un dedo frío, una trampa enfriada a la temperatura ambiente nocturna de Marte, aproximadamente 100 grados bajo cero Fahrenheit. El dedo frío está cubierto con trazadores de tinte de fluorescamina que se unen solo a aminoácidos, de modo que cualquier señal fluorescente indica que hay aminoácidos o aminas presentes.
"En este momento, podemos detectar una billonésima parte de un gramo de aminoácidos en un gramo de suelo, que es un millón de veces mejor que Viking", dijo Bada.
El sistema de electroforesis capilar adicional extrae el líquido condensado del dedo frío y lo transfiere a un laboratorio en un chip con bombas y válvulas incorporadas que enrutan el líquido a través de los productos químicos que ayudan a identificar los aminoácidos y verificar la manejabilidad o la quiralidad. .
"MOD es una primera etapa de interrogación en la que se examina la muestra para detectar la presencia de cualquier especie fluorescente, incluidos los aminoácidos", dijo Skelley. “Luego, el instrumento de electroforesis capilar realiza el análisis de la segunda etapa, donde en realidad resolvemos esas especies diferentes y podemos decir cuáles son. Los dos instrumentos están diseñados para complementarse y construirse uno sobre el otro ”.
“Rich ha llevado este experimento a la siguiente dimensión. Realmente tenemos un sistema que funciona ”, dijo Bada. “Cuando comencé a pensar en las pruebas de quiralidad y hablé por primera vez con Rich, teníamos ideas conceptuales, pero nada que realmente funcionara. Lo ha llevado al punto en que tenemos un instrumento portátil honesto para Dios ".
Los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, pueden existir en dos formas de imagen especular, designadas L (levo) para zurdos y D (dextro) para diestros. Todas las proteínas en la Tierra están compuestas de aminoácidos del tipo L, lo que permite que una cadena de ellos se pliegue muy bien en una proteína compacta.
Como Mathies lo describe, la prueba de quiralidad aprovecha el hecho de que los aminoácidos zurdos se ajustan más cómodamente en un "guante" químico para zurdos y los aminoácidos diestros en un guante para zurdos. Si los aminoácidos zurdos y derechos viajan por un tubo capilar delgado forrado con guantes para zurdos, los zurdos viajarán más lentamente porque se deslizan en los guantes a lo largo del camino. Es como un político zurdo trabajando en una multitud, dijo. Se moverá más lentamente entre las personas más zurdas de la multitud, porque esas son las únicas personas con las que se dará la mano. En este caso, el guante zurdo es un químico llamado ciclodextrina.
Los diferentes aminoácidos, hay 20 tipos diferentes utilizados por los humanos, también viajan por el tubo a diferentes velocidades, lo que permite la identificación parcial de los presentes.
"Después de que MOD detecta los aminoácidos, la solución de aminoácidos marcada se bombea hacia los microfluídicos y se separa crudamente por carga", dijo Mathies. “La movilidad de los aminoácidos nos dice algo sobre la carga y el tamaño y, cuando hay ciclodextrinas, si tenemos una mezcla racémica, es decir, una cantidad igual de aminoácidos para diestros y zurdos. Si lo hacemos, los aminoácidos podrían ser no biológicos. Pero si vemos un exceso quiral, sabemos que los aminoácidos tienen que ser de origen biológico ".
El chip de última generación diseñado y construido por Skelley consta de canales grabados mediante técnicas fotolitográficas y un sistema de bombeo microfluídico encajonado en un disco de cuatro capas de cuatro pulgadas de diámetro, con las capas conectadas por canales perforados. Las pequeñas válvulas y bombas microfabricadas se crean a partir de dos capas de vidrio con una membrana de polímero flexible (PDMS o polidimetilsiloxano) en el medio, movida hacia arriba y hacia abajo utilizando una fuente de presión o vacío. El químico físico de UC Berkeley James Scherer, quien diseñó el instrumento de electroforesis capilar, también desarrolló un detector de fluorescencia sensible que lee rápidamente el patrón en el chip.
Una de las subvenciones actuales del equipo de la NASA es para el desarrollo de un Laboratorio de Microfabricados Orgánicos de próxima generación, o MOL, para volar a Marte, la luna de Júpiter, Europa o tal vez un cometa y realizar pruebas químicas aún más elaboradas en busca de un conjunto más completo de productos orgánicos. moléculas, incluidos los ácidos nucleicos, las unidades estructurales del ADN. Por ahora, sin embargo, el objetivo es un instrumento listo para 2009 para ir más allá de los experimentos actuales a bordo de los rovers Mars 2003 y buscar aminoácidos.
"Hay que recordar que hasta ahora no hemos detectado ningún material orgánico en Marte, por lo que sería un gran paso adelante", dijo Bada. “En la búsqueda de la vida, hay dos requisitos: agua y compuestos orgánicos. Con los hallazgos recientes de los rovers de Marte que sugieren que el agua está presente, el resto desconocido son los compuestos orgánicos. Por eso nos estamos centrando en esto.
"El Analizador orgánico de Mars es un experimento muy poderoso, y nuestra gran esperanza es encontrar no solo aminoácidos, sino aminoácidos que parecen provenir de algún tipo de entidad viviente".
Fuente original: Comunicado de prensa de Berkeley
