Kredit gambar: UC Berkeley
Teknologi mutakhir yang sama yang mempercepat pengurutan genom manusia dapat, pada akhir dekade, memberi tahu kita sekali dan untuk selamanya apakah kehidupan pernah ada di Mars, menurut seorang ahli kimia Universitas California, Berkeley.
Richard Mathies, profesor kimia UC Berkeley dan pengembang susunan elektroforesis kapiler pertama dan label pewarna fluoresens transfer energi baru - keduanya digunakan dalam sekuensing DNA saat ini - sedang mengerjakan instrumen yang akan menggunakan teknologi ini untuk menyelidiki debu Mars sebagai bukti kehidupan. asam amino berbasis, blok bangunan protein.
Mahasiswa pascasarjana Alison Skelley di Rock Garden, salah satu situs di gurun Atacama, Chili, di mana para peneliti mengambil sampel tanah untuk asam amino sebagai persiapan mengirimkan instrumen ke Mars untuk mencari tanda-tanda kehidupan. Reruntuhan kota Yunguy berada di latar belakang. (Foto milik laboratorium Richard Mathies / UC Berkeley)
Dengan dua hibah pengembangan dari NASA senilai hampir $ 2,4 juta, ia dan anggota tim dari Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Institut Teknologi California dan Lembaga Scripps Oseanografi UC San Diego berharap dapat membangun Mars Organic Analyzer untuk terbang di atas wahana NASA, robot misi Mars Science Laboratory dan / atau misi ExoMars Badan Antariksa Eropa, keduanya dijadwalkan untuk diluncurkan pada 2009. Proposal ExoMars bekerja sama dengan Pascale Ehrenfreund, associate professor astrokimia di University of Leiden di Belanda.
Mars Organic Analyzer, dijuluki MOA, terlihat tidak hanya untuk tanda tangan kimia asam amino, tetapi tes untuk karakteristik kritis asam amino berbasis kehidupan: Mereka semua kidal. Asam amino dapat dibuat oleh proses fisik di ruang angkasa - mereka sering ditemukan di meteorit - tetapi mereka sama-sama tentang tangan kiri dan tangan kanan. Jika asam amino di Mars memiliki preferensi untuk asam amino kidal, atau sebaliknya, mereka hanya bisa berasal dari beberapa bentuk kehidupan di planet ini, kata Mathies.
"Kami merasa bahwa mengukur homochiralitas - prevalensi satu jenis kidal terhadap yang lain - akan menjadi bukti mutlak kehidupan," kata Mathies, anggota UC Berkeley dari California Institute for Quantitative Biomedical Research (QB3). "Karena itulah kami fokus pada jenis percobaan ini. Jika kita pergi ke Mars dan menemukan asam amino tetapi tidak mengukur chirality mereka, kita akan merasa sangat bodoh. Instrumen kami dapat melakukannya. "
MOA adalah salah satu dari berbagai instrumen yang sedang dikembangkan dengan dana NASA untuk mencari keberadaan molekul organik di Mars, dengan proposal akhir untuk misi 2009 yang dijadwalkan pada pertengahan Juli. Mathies dan rekannya Jeffrey Bada dari Scripps dan Frank Grunthaner dari JPL, yang berencana untuk menyerahkan satu-satunya proposal yang menguji kadar asam amino, telah menguji penganalisa dan menunjukkan bahwa itu berhasil. Rincian proposal mereka sekarang ada di Web di http://astrobiology.berkeley.edu.
Pada bulan Februari, mahasiswa pascasarjana Grunthaner dan UC Berkeley Alison Skelley melakukan perjalanan ke gurun Atacama di Chili untuk melihat apakah detektor asam amino - disebut Detektor Organik Mars, atau MOD - dapat menemukan asam amino di wilayah paling kering di planet ini. MOD dengan mudah berhasil. Namun, karena paruh kedua percobaan - "lab-on-a-chip" yang menguji kadar asam amino - belum menikah dengan MOD, para peneliti membawa sampel kembali ke UC Berkeley untuk bagian dari percobaan. uji. Skelley kini telah berhasil menyelesaikan percobaan ini yang menunjukkan kompatibilitas sistem lab-on-a-chip dengan MOD.
"Jika Anda tidak dapat mendeteksi kehidupan di wilayah Yungay di Gurun Atacama, Anda tidak akan memiliki urusan untuk pergi ke Mars," kata Mathies, merujuk pada wilayah padang pasir di Chili di mana kru tinggal dan melakukan beberapa tes mereka.
Mathies, yang 12 tahun lalu mengembangkan pemisah elektroforesis array kapiler pertama yang dipasarkan oleh Amersham Biosciences dalam sekuens DNA cepat mereka, yakin bahwa perbaikan kelompoknya terhadap teknologi yang digunakan dalam proyek genom akan dimasukkan dengan sempurna ke dalam proyek eksplorasi Mars.
"Dengan jenis teknologi mikofluida yang kami kembangkan dan kemampuan kami untuk membuat array dari penganalisa in situ yang melakukan eksperimen sangat sederhana yang relatif tidak mahal, kami tidak perlu memiliki orang-orang di Mars untuk melakukan analisis yang berharga," katanya. “Sejauh ini, kami telah menunjukkan sistem ini dapat mendeteksi kehidupan dalam sidik jari, dan bahwa kami dapat melakukan analisis lengkap di lapangan. Kami benar-benar bersemangat tentang kemungkinan di masa depan. "
Bada, seorang ahli kimia laut, adalah ahli eksobiologi dalam tim, yang telah mengembangkan hampir selusin tahun yang lalu cara baru untuk menguji asam amino, amina (produk degradasi asam amino) dan hidrokarbon aromatik poliklik, senyawa organik yang umum di alam semesta. Eksperimen itu, MOD, dipilih untuk misi 2003 ke Mars yang dibatalkan ketika Mars Polar Lander jatuh pada tahun 1999.
Sejak itu, Bada bekerja sama dengan Mathies untuk mengembangkan instrumen yang lebih ambisius yang menggabungkan MOD yang ditingkatkan dengan teknologi baru untuk mengidentifikasi dan menguji kiralitas asam amino yang terdeteksi.
Tujuan utamanya adalah menemukan bukti kehidupan di Mars. Pendarat Viking pada 1970-an tidak berhasil menguji molekul organik di Mars, tetapi kepekaannya sangat rendah sehingga mereka gagal mendeteksi kehidupan bahkan jika ada sejuta bakteri per gram tanah, kata Bada. Sekarang setelah NASA menemukan Spirit dan Opportunity, hampir pasti menunjukkan bahwa genangan air pernah ada di permukaan, tujuannya adalah untuk menemukan molekul organik.
MOD Bada dirancang untuk memanaskan sampel tanah Mars dan, pada tekanan rendah di permukaan, menguapkan molekul organik apa pun yang mungkin ada. Uap itu kemudian mengembun ke jari yang dingin, perangkap yang didinginkan hingga suhu malam hari Mars, sekitar 100 derajat di bawah nol Fahrenheit. Jari dingin dilapisi dengan pelacak pewarna fluorescamine yang hanya mengikat asam amino, sehingga sinyal fluoresen menunjukkan bahwa ada asam amino atau amina.
"Saat ini, kami dapat mendeteksi satu triliun gram asam amino dalam satu gram tanah, yang satu juta kali lebih baik daripada Viking," kata Bada.
Sistem elektroforesis kapiler yang ditambahkan menghirup cairan yang terkondensasi dari jari dingin dan menyedotnya ke lab-on-a-chip dengan pompa dan katup bawaan yang merutekan cairan melewati bahan kimia yang membantu mengidentifikasi asam amino dan memeriksa keawetanan atau kekakuan .
"MOD adalah interogasi tahap pertama di mana sampel diperiksa untuk keberadaan spesies fluoresen termasuk asam amino," kata Skelley. “Kemudian, instrumen elektroforesis kapiler melakukan analisis tahap kedua, di mana kita benar-benar menyelesaikan spesies yang berbeda tersebut dan dapat mengetahui siapa mereka. Kedua instrumen dirancang untuk saling melengkapi dan membangun satu sama lain. "
“Rich telah membawa percobaan ini ke dimensi berikutnya. Kami benar-benar memiliki sistem yang berfungsi, ”kata Bada. “Ketika saya mulai berpikir tentang tes untuk chirality dan pertama kali berbicara dengan Rich, kami memiliki ide konseptual, tetapi tidak ada yang benar-benar berfungsi. Dia telah membawanya ke titik di mana kami memiliki instrumen portabel yang jujur kepada Tuhan. ”
Asam amino, bahan pembangun protein, dapat ada dalam dua bentuk cermin-gambar, yang ditunjuk L (levo) untuk tangan kiri dan D (dextro) untuk tangan kanan. Semua protein di Bumi tersusun dari asam amino tipe L, yang memungkinkan rantai mereka untuk terlipat dengan baik menjadi protein kompak.
Seperti yang dijelaskan oleh Mathies, tes untuk chirality mengambil keuntungan dari fakta bahwa asam amino kidal lebih pas dengan bahan kimia "mitt" kidal dan asam amino kidal menjadi sarung tangan kanan. Jika kedua asam amino kidal dan kanan turun ke tabung kapiler tipis yang dilapisi dengan sarung tangan kiri, yang kidal akan bergerak lebih lambat karena mereka menyelinap ke sarung tangan di sepanjang jalan. Ini seperti politisi kidal yang bekerja di kerumunan, katanya. Dia akan bergerak lebih lambat dari orang-orang kidal di kerumunan, karena hanya mereka yang akan bersalaman dengannya. Dalam hal ini, sarung tangan kiri adalah bahan kimia yang disebut siklodekstrin.
Asam amino yang berbeda - ada 20 jenis yang digunakan oleh manusia - juga bergerak turun tabung dengan laju yang berbeda, yang memungkinkan identifikasi parsial dari yang hadir.
"Setelah asam amino dideteksi oleh MOD, larutan asam amino berlabel dipompa ke dalam mikrofluida dan dipisahkan secara kasar oleh muatan," kata Mathies. “Mobilitas asam amino memberi tahu kita sesuatu tentang muatan dan ukuran dan, ketika siklodekstrin ada, apakah kita memiliki campuran rasemat, yaitu, jumlah yang sama dari asam amino kidal dan kanan. Jika kita melakukannya, asam amino bisa menjadi non-biologis. Tetapi jika kita melihat kelebihan kiral, kita tahu asam amino harus berasal secara biologis. ”
Chip canggih yang dirancang dan dibangun oleh Skelley terdiri dari saluran yang diukir oleh teknik photolithographic dan sistem pemompaan mikrofluida yang diapit ke dalam disk empat-lapis berdiameter empat inci, dengan lapisan-lapisan yang dihubungkan oleh saluran yang dibor. Katup dan pompa mikro kecil dibuat dari dua lapisan kaca dengan membran polimer fleksibel (PDMS atau polydimethylsiloxane) di antaranya, digerakkan ke atas dan ke bawah menggunakan sumber tekanan atau vakum. Ahli kimia fisik UC Berkeley, James Scherer, yang merancang instrumen elektroforesis kapiler, juga mengembangkan detektor fluoresensi sensitif yang dengan cepat membaca pola pada chip.
Salah satu hibah NASA tim saat ini adalah untuk pengembangan Laboratorium Organik Microfabrikasi generasi mendatang, atau MOL, untuk terbang ke Mars, bulan Europa Jupiter atau mungkin sebuah komet dan melakukan tes kimia yang lebih rumit untuk mencari rangkaian organik yang lebih lengkap molekul, termasuk asam nukleat, unit struktural DNA. Untuk saat ini, bagaimanapun, tujuannya adalah instrumen yang siap pada tahun 2009 untuk melampaui percobaan saat ini di atas penemu Mars 2003 dan mencari asam amino.
"Anda harus ingat, sejauh ini kami belum mendeteksi bahan organik apa pun di Mars, jadi itu akan menjadi langkah maju yang luar biasa," kata Bada. “Dalam perburuan seumur hidup, ada dua persyaratan: air dan senyawa organik. Dengan temuan terbaru dari penemu Mars yang menunjukkan bahwa air hadir, sisa yang tidak diketahui adalah senyawa organik. Itu sebabnya kami fokus pada ini.
"The Mars Organic Analyzer adalah eksperimen yang sangat kuat, dan harapan besar kami adalah untuk menemukan tidak hanya asam amino, tetapi juga asam amino yang sepertinya berasal dari semacam makhluk hidup."
Sumber Asli: Rilis Berita Berkeley
