Σετ επισκευής DNA που εφευρέθηκε από 4 μαθητές λυκείου για τη NASA.

Οι κοσμικές ακτίνες και η ηλιακή ακτινοβολία αντιπροσωπεύουν μια σημαντική απειλή για την υγεία των ανθρώπων ή οποιουδήποτε άλλου είδους ζώων ή φυτών που ταξιδεύουν στο διάστημα πέρα ​​από την προστασία του μαγνητικού πεδίου και της ατμόσφαιρας της Γης. Γι ‚αυτό σε απάντηση σε μια NASA του 2018 Γονίδια στο διάστημα διαγωνισμός σχετικός με διαστημική πτήση μεγάλης διάρκειας, μια ομάδα τεσσάρων νεαρών μαθητών λυκείου επινόησε ένα πείραμα DNA ζύμης που μεταφέρθηκε από το επιστημονικό εργαστήριό του στο διεθνές διαστημικό σταθμό (ISS). Το πείραμα δημιούργησε σπασίματα στο DNA ζύμης, τα οποία στη συνέχεια επισκευάστηκαν χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CRISPR/Cas9. Το DNA εξετάστηκε στη συνέχεια για πιθανές μεταλλάξεις. Το πείραμα, που πραγματοποιήθηκε το 2019, οδήγησε τελικά σε ένα έγγραφο που υποβλήθηκε για δημοσίευση.

Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με το CRISPR/Cas9, κάντε μια γρήγορη αναζήτηση σε αυτόν τον ιστότοπο ιστολογίου χρησιμοποιώντας τον όρο „CRISPR“ θα δώσει μια σειρά από σχετικά άρθρα. Έχω επιλέξει ένα που θα τονίσω εδώ για να ξεκινήσετε. Για όσους ανησυχούν ότι το CRISPR/Cas9 είναι κάτι ξένο για το DNA μας, δεν είναι. Το ακρωνύμιο σημαίνει ντολάμψεις των Rσυνήθως Εγώnterpaced μικρόχορτ Παλινδρομικό Rεπαναλαμβάνεται και είναι ενσωματωμένο στο DNA. Το CRISPR είναι η περιοχή του DNA που αποθηκεύει πληροφορίες όταν το γονιδίωμα σπάει από κάτι επεμβατικό όπως ένας ιός ή μια περιβαλλοντική προσβολή (ακτινοβολία). Γίνεται βιβλιοθήκη αναφοράς για πράγματα που επηρεάζουν αρνητικά το γονιδίωμα.

Το Cas9 είναι μια πρωτεΐνη που συνεργάζεται ειδικά με το RNA για την αναγνώριση αλληλουχιών DNA. Η πρωτεΐνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ψαλίδι για να κόψει μια αλληλουχία DNA που αναγνωρίζει ως ανώμαλη. Όταν αυτό συμβαίνει φυσικά, το DNA επιχειρεί μια επιδιόρθωση αλλά συχνά μπορεί να κάνει λάθη που αφήνουν ατελή σκέλη τα οποία στη συνέχεια γίνονται ανενεργά. Αλλά οι επιστήμονες έχουν μετατρέψει το CRISPR/Cas9 σε ένα εργαλείο επιδιόρθωσης για να βοηθήσει το DNA στην επεξεργασία ανθυγιεινών κλώνων του γενετικού μας κώδικα και στην εισαγωγή υγιών αντικαταστάσεων σε ακριβείς τοποθεσίες αντί να επιτρέψει τη φυσική προσπάθεια επισκευής να προχωρήσει.

Γιατί να προσθέσετε ένα εργαλείο CRISPR/Cas9 σε κιτ υγείας που μεταφέρονται από μελλοντικούς διαστημικούς ταξιδιώτες; Επειδή οι γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες και η ηλιακή ακτινοβολία είναι μέρος του διαστημικού περιβάλλοντος που διέρχεται από οποιαδήποτε ανθρώπινη ή άλλη ζωή εκτεθειμένη στο διάστημα. Αυτές οι μορφές ακτινοβολίας μπορούν να έχουν οξεία επίδραση στα έμβια όντα, όπως ακριβώς η έκθεση στην πυρηνική ακτινοβολία προκαλεί αλλαγές εδώ στη Γη. Οι τρέχοντες αστροναύτες που επισκέπτονται τον ISS παρακολουθούνται καθημερινά από την Ομάδα Ανάλυσης Διαστημικής Ακτινοβολίας της NASA. Η έκθεση μετριέται σε διαφορετικές μονάδες. Ένα από αυτά είναι το Sieverts (Sv), ένα μέτρο της επίδρασης στην υγεία των χαμηλών επιπέδων ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Οι κατευθυντήριες γραμμές για συγκεκριμένες εκθέσεις οργάνων έχουν δημιουργηθεί ως εξής:

Μια θανατηφόρα δόση ακτινοβολίας όπως ορίζεται από το Επιτροπή Πυρηνικής Ρυθμιστικής Επιτροπής των ΗΠΑ είναι 4 έως 5 Sieverts σε διάστημα 30 ημερών που μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο έως και στο 50% του εκτεθειμένου πληθυσμού εντός 30 ημερών.

Όταν ρίχτηκε η ατομική βόμβα στη Χιροσίμα, οποιοσδήποτε ακριβώς κάτω από το όπλο που εκρήγνυται από τον αέρα εκτίθεται σε ακτινοβολία 155 Sv. Οποιοσδήποτε σε απόσταση 500 μέτρων από το επίκεντρο της βόμβας έλαβε 42 Sv ακτινοβολίας. Για το πρώτο, αυτό ισοδυναμεί με 1,55 εκατομμύρια ακτινογραφίες θώρακος που γίνονται ταυτόχρονα, και για το δεύτερο, 420,000.

Αν και οι διαστημικές μορφές ακτινοβολίας είναι λιγότερο καταστροφικές από ένα πυρηνικό όπλο, μπορεί να είναι πιο ύπουλες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA) των Ηνωμένων Πολιτειών παράγει καιρικές προβλέψεις για τη διαστημική ακτινοβολία που παρακολουθούν τη δραστηριότητα του Sunλιου και την κοσμική ακτινοβολία που προέρχεται από το Ηλιακό Σύστημα. Οι αστροναύτες στο ISS σχεδιάζουν εξωσυγκεντρικές δραστηριότητες έξω από τα ελάχιστα προστατευτικά τείχη του σταθμού με βάση αυτές τις προβλέψεις της NOAA.

Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ο ISS δεν βρίσκεται στο Deep Space. Βρίσκεται σε τροχιά χαμηλής γης και προστατεύεται σε μεγάλο βαθμό από πηγές διαστημικής ακτινοβολίας λόγω της ζώνης ακτινοβολίας Van Allen, μιας μαγνητικής ασπίδας που εκτείνεται πολύ πέρα ​​από την ατμόσφαιρα της Γης στο διάστημα κοντά στη Γη. Οι αστροναύτες που πηγαίνουν στη Σελήνη δεν προστατεύονται από τη ζώνη Van Allen. Αυτό ισχύει και για τους αστροναύτες που πηγαίνουν στον Άρη επίσης.

Με τα σημερινά υπερσύγχρονα συστήματα προώθησης χημικών πυραύλων, η μετάβαση στον Άρη θα είναι ένα επικό ταξίδι, καθένα από τα οποία θα διαρκέσει έξι μήνες. Και η παραμονή στον Άρη θα διαρκέσει 18 μήνες για να επιτρέψει μια ευνοϊκή αναδιάταξη για να κάνει το ταξίδι της επιστροφής όσο το δυνατόν συντομότερο, άλλους έξι μήνες. Συνολικά οι 30 μήνες σημαίνει ότι ένας αστροναύτης θα εκτεθεί σε περίπου 1,2 Sv ακτινοβολίας που υπερβαίνει το κατώτερο όριο ασφαλείας για τα όργανα που σχηματίζουν αίμα στο σώμα μας. Και αυτό χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι ηλιακές εκλάμψεις και οι γεωμαγνητικές καταιγίδες που θα μπορούσαν ενδεχομένως να αυξήσουν την έκθεση στην ακτινοβολία.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα μοριακό εργαστήριο στις αποστολές Deep Space στο μέλλον μπορεί να περιλαμβάνει ένα κιτ επισκευής DNA όπως αυτό που εφηύραν αυτοί οι τέσσερις μαθητές λυκείου. Ένα μοριακό εργαστήριο για να αντιστρέψει τη ζημιά που θα προκαλούσαν μακροχρόνιες διαστημικές πτήσεις θα ήταν μια ευπρόσδεκτη προσθήκη. Οι αρχικές δοκιμές του πειράματος Genes in Space στο ISS έδειξαν ότι δεν είναι πολύ περίπλοκο να γίνει. Μαζί με την αποτελεσματική θωράκιση ακτινοβολίας, ένα κιτ επισκευής DNA μπορεί να γίνει μέρος του αποθέματος στο οποίο θα βασίζονται οι μελλοντικοί αστροναύτες για να διατηρήσουν την υγεία τους.