太空站測序：探索宇宙空間中的未知微生物

NASA宇航員Kate Rubins在Biomolecular Sequencer研究的首個樣本初始化運行期間與minION測序儀的合照，圖片來源：NASA

建立在太空中DNA測序的能力和已有研究基礎上，Genes in Space-3計劃是為了獲取、測序和鑒別完全來自太空的未知生物。2016年NASA宇航員Kate Rubins在國際空間站飛船上對DNA進行測序成為了一個轉折點，在太空中進行的DNA測序是Biomolecule Sequencer研究中重要的部分。

雖然沒有科幻電影那樣充滿魔幻色彩，但空間站的牆面和表面常常會存在未知微生物的生長。而目前判斷這些污染物的唯一方法是取樣後送回地球。

來自NASA約翰遜航天中心的微生物學家Sarah Wallace是該項目的主要研究人員，她表示，「空間站的個別區域會出現污染物，我們可以看見真菌或者從被堵住的水管中掏出生物材料，但是我們只能把這些樣本帶回實驗室才能才能判斷它是什麼。」

Wallace 表示，「在國際空間站（ISS），我們可以定期補給消毒液，但是當我們超越近地軌道，補給就沒那麼頻繁了，因此了解消毒液能否處理這些微生物非常重要。」

在NASA約翰遜航天中心和美國波音公司合作下，這項由ISS國際實驗室資助的研究將結合兩項已有的航天技術（miniPCR和MinION）來改變這個過程，進而實現太空中的首個未知生物樣本的製備、測序和識別工作。

NASA航天員Kate Rubins雖然不是第一個在太空進行DNA測序的人員，但是她在空間站期間完成的測序量已經超過了一百萬個鹼基，圖片來源：NASA

首次在空間站使用miniPCR儀器是在Genes in Space-1項目期間，隨後立即被應用於Genes in Space-2項目的研究中。Genes in Space-1成功證明miniPCR可應用於微重力環境中的DNA擴增。第二次研究已於今年4月22日在空間站開展，並將在今年夏天進行檢測。

接下來研究人員開展了Biomolecule Sequencer的研究，研究成功測試了在軌道實驗室中使用MinION進行測序的能力。

NASA 生物化學專家及Genes in Space-3的研究員Aaron Burton表示，「這些不同設備的結合使用促使我們將實驗室帶到樣本環境中，而不是將樣本帶回實驗室。」

機組人員將收集空間站中的樣本並在軌道實驗室中培養。該準備過程與Genes in Space-1研究期間使用miniPCR的過程很相似，最後會使用MinION測序儀進行測序和鑒定。

Genes in Space比賽中的獲勝者Anna-Sophia Boguraev與miniPCR儀器合照。在空間站中將同時使用miniPCR和minION進行微生物樣本製備和測序

「國家空間站內的環境十分乾淨。」項目科學家、微生物學家Sarah Stahl說，「我們發現了很多與人類相關微生物，包括大多數常見細菌，例如葡萄球菌和芽孢桿菌，以及不同種類的真菌，例如麴黴菌和青黴菌。」

該技術除了識別太空中的微生物外，還可用於實時診斷機組成員的外傷等疾病，幫助鑒定其他星球上基於DNA的生命體等空間站的研究。

「Genes in Space-3研究過程通過促進現代和下一代ISS研究人員最先進的分子生物學研究，將增加ISS的科研能力，」 NASA 航天工程師及Genes in Space-3工程師Kristen John說，「研究小組非常關注創建一個航天認證的常規實驗室條款和試劑目錄，以及開發常見方法和簡易定製的miniPCR和MinION的反應條件，以確保其他ISS研究人員可以使用這種技術。」

該過程還將幫助科學家們在太空中進行實時實驗，更精確有效地利用時間。此外，在無法建立相關實驗室的區域，這個過程還可以用於提供實時的病毒診斷。

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