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宇航员用CRISPR技术首次在太空中修复DNA
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宇航员用CRISPR技术首次在太空中修复DNA
时间:2021-8-30 17:13
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8月30日消息,美国宇航局(NASA)宇航员在太空中进行的CRISPR实验首次表明,DNA可以在微重力环境下自我修复。
CRISPR是“成簇的规则间隔的短回文重复序列”缩写,是一种基因组编辑工具,用于在DNA的特定区域产生断裂。这项技术主要涉及使用细菌中的Cas蛋白质。为了控制这些蛋白质切割DNA的位置,科学家们在Cas蛋白质中添加了一条特定的RNA链,并将其插入细胞中。
以RNA为向导,这种蛋白质将沿着DNA链行进,直到找到相应的序列并进行切割。在地球上,这种先进的方法已经被用于编辑医疗领域的植物、动物和人类细胞的基因。现在CRISPR技术已经交付给国际空间站,它的能力也得到了扩展。
作为“Genes In Space-6”实验的一部分,国际空间站(ISS)上的宇航员在普通酵母的DNA中制造了断裂,然后分析了其自我修复过程。
图1:美国宇航局宇航员克里斯蒂娜·科赫在国际空间站进行太空基因6号实验
在实验过程中,酵母的DNA被切断了两条链,造成了严重的损害。研究人员说,CRISPR被引入太空,并在国际空间站上进行第一次成功的基因组操作,扩大了未来DNA修复实验的可能性。
“Genes In Space-6”实验2018年由明尼苏达州的四名学生提出,当时他们参加全美竞赛,要求七年级到十二年级的孩子设计DNA分析实验。考虑到宇航员在太空中患癌症的风险增加,奥尔蒂(Aarthi Vijayakumar)、米歇尔(Michelle Sung)、丽贝卡(Rebecca Li)以及大卫(David Li)设计了这个实验。
在太空中遭受到的辐射增加有可能损害人类的DNA。在地球上,人体可以通过添加和删除DNA碱基来修复这种断裂,或者在不改变两个片段的情况下重新连接它们。然而,在“Genes In Space-6”实验之前,这些过程在微重力下还没有被研究过。
该研究的合著者、NASA下属约翰逊太空中心微生物学家莎拉·华莱士(Sarah Wallace)在一份声明中说:“了解一种修复方式是否不太容易出错具有重要意义。”
这些知识对宇航员可能是有益的,比如帮助任务规划者确定是否需要更多的辐射防护。根据华莱士的说法:“重要的是要了解辐射情况,以确保机组人员正受到保护,并帮助他们以最好的方式康复。”
图2:美国宇航局宇航员尼克·黑格使用微型PCR硬件探索太空辐射如何影响DNA
在国际空间站上拥有这项技术意味着,科学家可以分析在太空中遭受破坏的DNA,而不是依赖于从地球上被切割后送上空间站的样本。研究人员说,虽然CRISPR在太空中的使用原则相同,但它们需要针对太空环境进行量身定做。
该研究的主要作者萨拉·隆美尔(Sarah Rommel)也是约翰逊太空中心的微生物学家,她在声明中表示:“我们不能把地球上的东西不经任何改变就送入太空,因为我们必须保证机组人员和船上所有环境生命系统的安全。例如,我们为整个过程提供定制工具包,着眼于如何使用最少的安全材料获得最好的科学发现。”
隆美尔补充说:“我们已经可以证实,在太空中做这类研究并不太复杂。试验按照计划进行,并展示了预期结果。”
华莱士认为,要完全了解DNA在太空中的修复过程,还需要做更多的工作。但她强调,“Genes In Space-6”试验取得了成功。展望未来,“在太空中建立完整的分子实验室将会让我们在那里完成更多的研究”。(小小)
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