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基因剪“亮相”太空

2021-07-08 光明网 【 字体:

  初次在国际空间站研讨酵母DNA修复

  研讨职员在国际空间站研讨DNA毁伤修复。图片起源:Rommel等

  记者 唐凤

  太空中满盈着大批电离辐射,这让宇航员面对着更大的DNA毁伤危险。平常在人类和其余植物中,DNA受损会激发癌症等疾病。

  细胞能自行修复受损DNA,因为技巧和平安等缘由,针对太空中DNA修复的研讨始终止步不前。

  荣幸的是,美国MiniPCR生物公司、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若何在太空中修复受损DNA的新办法。这标记着“基因剪”初次在国际空间站亮出刀锋。克日,相干论文登载于《公共迷信图书馆—综合》。

  宇航细胞可否自我修复

  实际上,在畸形的生物进程中,DNA损伤时有产生,但情况身分(如紫外线)也可以或许减轻这一成绩。荣幸的是,细胞有几种差别的天然战略来修复受损的DNA。

  比方,双链断裂是DNA毁伤的一种范例,可以或许经过两种次要的细胞道路举行修复:非同源端衔接和同源重组。非同源端衔接可以或许在断裂位点举行额定的添加或删除,同源重组则平常坚持DNA序列稳定。

  但先前研讨注解,太空前提可以或许会影响DNA修复途径的取舍。比方,有研讨注解,微重力前提可以或许会影响人体对DNA修复战略的取舍,这激发了人们对细胞本身修复才能不敷的耽忧。

  是以,跟着载人航天的不息发展,弄清人体在太空中接纳哪种特定DNA修复战略变得尤其紧张。

  “在太空中,咱们在地球上利用的很多破损DNA的技巧(比方辐射),都被以为是不平安的。”论文通信作者之一、MiniPCR生物公司的Emily Gleason告知《中国迷信报》。

  CRISPR/Cas9基因组编纂技巧行使CRISPR酶对人类DNA举行切割,可以或许有用改动DNA。

  “该技巧此前还没有在太空中利用过,但此次咱们胜利在国际空间站利用了它。这也是第一次在太空中完成全部份子生物学任务流程。”她说。

  精准“剪开”DNA双链

  “太空基因”设想的Sarah Rommel及其共事,开辟了这类研讨酵母细胞DNA修复的新办法,它次要基于CRISPR/Cas9技巧,能引诱DNA断裂和评价生物体若何取舍在空间中泛起的双链断裂的修复道路。

  “这类办法可以或许在太空中平安举行。”Rommel表现,“它借助‘基因剪’对DNA链举行准确切割,与辐射或其余缘由形成的非特异性毁伤比拟,人们可以或许更细致地查询拜访到双链断裂后的DNA修复机制。”

  研讨职员在国际空间站的酵母细胞中证实了这类新办法的可行性,并愿望借助这项技巧在太空中举行普遍的DNA修复研讨。研讨职员不但在极度情况下胜利摆设了CRISPR/Cas9基因组编纂、聚合酶链反应和纳米孔测序等新技巧,并且可以或许将它们整合到一个功用完好的生物技巧任务流程中,这也适用于DNA修复和微重力前提下其余细胞进程的研讨。

  这不但标记着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转化,即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庞大扩大。资深作者Sebastian Kraves说,“这让团队对人类索求和栖身广漠太空的可以或许性充溢了愿望。”

  美国宇航局(NASA)约翰逊太空中间微生物学家Sarah Wallace说:“我被其难以置信的庞杂性所震动。咱们看到,当一个生物体被转化时,它的基因组被CRISPR/Cas9编纂,泛起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遨游飞翔情况中完成的。举行这类无所不包、端到端查询拜访的才能是空间生物学向前迈出的宏大一步。”

  “成为太空六号基因设想的一员是我职业生涯的亮点。”Rommel告知记者,“我亲眼看到,当先生的立异设法获得学术界、产业界和NASA的撑持后,可以或许获得多大的成绩。团队的专业学问也使先生可以或许在地球之外举行高质量、庞杂的迷信研讨。”

  制造无数第一的高中生比赛

  太空六号基因设想实际上是“太空基因”设想的一部分。

  波音公司和MiniPCR生物公司相互协作发展的“太空基因”设想始于2015年,是一项收费的高中生迷信比赛,国际空间站美国国家尝试室和新英格兰生物尝试室等为该名目供应了撑持。

  参赛先生可以或许为国际空间站设想DNA尝试。太空一号基因设想是由首个得胜者Anna-Sophia Bogaraev设想的,而太空六号基因设想是由明尼苏达州的高中生团队设想的,他们在2018年的比赛中得胜。

  太空一号基因设想完成了在太空中聚合酶链反应初次利用miniPCR热循环扩增DNA,随后研讨职员初次利用MinION装备测序DNA。

  太空三号基因设想联合了这两项功效,在微重力下完成了微生物审定进程,这是初次在空间站完成完好样本测序。在太空中辨认微生物可以或许辅助宇航员及时诊断和医治疾病,也有助于辨认其余天体上以DNA为根蒂根基的性命。太空三号基因设想起首搜集微生物样本,举行聚合酶链反应扩增,而后举行测序和审定。造就皿被置于空间站的差别概况。大概1周后,NASA宇航员 Peggy Whitson将造就皿中菌落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星散了DNA并为测序做好准备,终究审定了能否存在未知生物体。

  “在技巧方面,太空六号基因设想行使了太空一号和三号基因设想开辟的技巧,但添加了在太空转化和编纂活细胞的额定步调。”Gleason说,将来,研讨职员将改良这类新办法,以更好地摹拟电离辐射形成的庞杂DNA毁伤。这项技巧还可以或许作为研讨与恒久空间打仗和索求有关的很多其余份子生物学课题的根蒂根基。

[义务编纂: 武玥彤 ]

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