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基因剪上太空了

2021-07-02 光明网 【 字体:

  研讨职员在国际空间站研讨DNA毁伤修复。课题组供图

  太空中布满着大批电离辐射,这让宇航员面对着更大的DNA毁伤危险。而在人类和其余植物中,受损DNA会激发癌症等成绩。

  固然,细胞能自行修复受损DNA,但因为技能和宁静等缘由,太空中DNA修复历程团体研讨止步不前。

  荣幸的是,美国JES Tech、MiniPCR Bio、麻省理工学院、怀特黑德生物医学研讨所等机构研讨职员,开辟并展现了一种研讨细胞怎样在太空中修复受损DNA的新要领。这标记着“基因剪”初次在国际空间站亮出闪亮刀锋。

  7月1日,相干论文登载于《公共迷信图书馆—综合》。

  “宇航细胞”自我修复可还行?

  当人们冲出大气层探究地球之外的空间时,可能面对电离辐射形成的无害DNA毁伤。

  实际上,在畸形的生物历程中,生物体DNA损伤时有产生,但情况身分(如紫外线)也可能减轻这类成绩。荣幸的是,细胞有几种分歧的做作战略来修复受损的DNA。

  个中,双链断裂是DNA毁伤的一种范例,其可能经过两种次要的细胞路子举行修复:非同源端衔接和同源重组。非同源端衔接可能在断裂位点举行额定的增长或删除,同源重组则平日连结DNA序列稳定。

  先前的研讨评释,太空前提可能会影响DNA修复门路的取舍。比方,之前有评释,微重力前提可能会影响人体对DNA修复战略的取舍,激发了人们对细胞本身修复才能可能不敷的耽忧。

  是以,跟着载人航天的接续展开,弄清人体在太空中采取哪种特定的DNA修复战略变得尤其紧张。

  “咱们在地球上运用的很多损坏DNA的技能(比方辐射),在太空中运用都被以为是不宁静的。”论文通信作者之一、MiniPCR Bio的Emily Gleason通知《中国迷信报》。

  CRISPR/Cas9基因组编纂技能使用CRISPR酶对人类DNA举行切割,可能工资有用地改动DNA。”该技能在此之前还没有在太空中举行过,但此次咱们使用新技能胜利地在国际空间站运用了它。这也是第一次在太空中实现全部份子生物学任务流程。”

  “剪开”DNA双链

  “太空基因”名目的Sarah Stahl-Rommel及其共事于,开辟了一种研讨酵母细胞DNA修复的新要领,它次要基于CRISPR/Cas9技能,能引诱DNA断裂和评价生物体怎样取舍针对完备在空间中呈现的双链断裂的修复路子。

  “这类要领完备可能在太空中举行。”Rommel透露表现,“这项技能借助‘基因剪’对DNA链举行正确毁伤,如许与辐射或其余缘由形成的非特异性毁伤比拟,人们可能更具体地观测到双链断裂后的DNA修复机制。”

  研讨职员在国际空间站上的酵母细胞中证实了这类新要领的可行性。他们盼望借助这项技能在太空中举行普遍的DNA修复研讨。他们不只在极度情况下胜利布置了CRISPR/Cas9基因组编纂、聚合酶链反应和纳米孔测序等新技能,并且可能将它们整合到一个功效完备的生物技能任务流程中,适用于DNA修复和微重力前提下其余根基细胞历程研讨。

  这不只标记着CRISPR/Cas9基因组编纂初次在太空中胜利举行,也是活细胞初次在太空中胜利举行转化——整合来自生物体内部的遗传物质。这些里程碑标记着国际空间站上份子生物学工具包的严重扩大。资深作者Sebastian Kraves说,“这些展开让团队对人类探究和寓居宽广太空的新探究充溢了盼望。”

  NASA约翰逊太空中心微生物学家Sarah Castro-Wallace说:“我其使人难以置信的庞大性所震动,咱们看到,当一个生物体被转化时,它的基因组被CRISPR/Cas9编纂,呈现DNA断裂,而后发展并修复DNA,末了,人们再测序它的DNA,一切这些都是在国际空间站的太空航行情况中实现的。施行这类一应俱全、端到端查询拜访的才能是空间生物学向前迈出的伟大一步。”

  “成为太空六号基因企图的一员是我职业生涯的亮点。我亲眼看到,当先生们的翻新设法获得来自学术界、产业界和美国宇航局的撑持时,可能获得多大的造诣。团队的专业学问也使先生们可能在地球之外举行高质量、庞大的迷信研讨。”Rommel通知记者,“我盼望这一影响深远的相互协作可能继承向先生和高等研讨职员展现咱们试验室在太空中的可能性。”

  缔造了有数初次的高中生应战

  太空六号基因企图实际上是“太空基因企图”的一部分。

  波音公司和miniPCR生物公司相互协作展开的“太空基因企图”始于2015年,是一项收费的高中生迷信比赛,国际空间站美国国家试验室和新英格兰生物试验室等为该名目供应了撑持。

  参赛先生可能为国际空间站计划DNA试验。太空一号基因企图是由首个得胜者Anna-Sophia Bogaraev计划的,而太空六号基因企图是由来自明尼苏达州的高中生团队计划的,他们在2018年的比赛中得胜。

  太空一号基因企图标记着聚合酶链反应初次在太空中运用miniPCR热循环扩增DNA,随后不久研讨职员开端能运用MinION装备测序DNA。太空三号基因企图离散了这两项功效,举行了在微重力下微生物判定完备历程,这是初次在空间站上实现完备样本测序。

  在太空中辨认微生物可能辅助宇航员及时诊断和医治疾病,也有助于辨认其余星球上以DNA为根本的性命。该研讨起首收罗微生物样本,举行聚合酶链反应扩增,而后举行测序和判定。NASA宇航员 Peggy Whitson在国际空间站举行了这项试验,Wallace团队在休斯顿观测并引导她。

  作为惯例微生物监测的一部分,培育皿被置于空间站的分歧皮相。大概一周后,Whitson将培育皿中发展的菌落中的细胞转移到微型试管中,这在太空中是亘古未有的。胜利搜集到这些细胞后,Whitson就可能离散DNA并为测序做筹办,进而判定未知的生物体——这是太空微生物学的又一个初次。

  “在技能方面,太空六号基因企图使用了太空一号和三号基因企图开辟的技能,但增长了在太空转化和编纂活细胞的额定步调。”Gleason说,将来,研讨职员将改善这类新要领,以更好地模仿电离辐射形成的庞大DNA毁伤。这项技能还可能作为研讨与临时空间打仗和探究有关的很多其余份子生物学主题的根本。(唐凤)

  相干论文信息:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0253403

[义务编纂: 武玥彤 ]

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