NASA 宇航員用 CRISPR 技術首次在太空中修復 DNA

語言: CN / TW / HK

8 月 30 日訊息,美國宇航局(NASA)宇航員在太空中進行的 CRISPR 實驗首次表明, DNA 可以在微重力環境下自我修復。

CRISPR 是“成簇的規則間隔的短迴文重複序列”縮寫,是一種基因組編輯工具,用於在 DNA 的特定區域產生斷裂。這項技術主要涉及使用細菌中的 Cas 蛋白質。為了控制這些蛋白質切割 DNA 的位置,科學家們在 Cas 蛋白質中添加了一條特定的 RNA 鏈,並將其插入細胞中。

以 RNA 為嚮導,這種蛋白質將沿著 DNA 鏈行進,直到找到相應的序列並進行切割。在地球上,這種先進的方法已經被用於編輯醫療領域的植物、動物和人類細胞的基因。 現在 CRISPR 技術已經交付給國際空間站,它的能力也得到了擴充套件。

作為“Genes In Space-6”實驗的一部分,國際空間站 (ISS) 上的宇航員在普通酵母的 DNA 中製造了斷裂,然後分析了其自我修復過程。

圖 1:美國宇航局宇航員克里斯蒂娜・科赫在國際空間站進行太空基因 6 號實驗

在實驗過程中,酵母的 DNA 被切斷了兩條鏈,造成了嚴重的損害。研究人員說,CRISPR 被引入太空,並在國際空間站上進行第一次成功的基因組操作,擴大了未來 DNA 修復實驗的可能性。

“Genes In Space-6”實驗 2018 年由明尼蘇達州的四名學生提出,當時他們參加全美競賽,要求七年級到十二年級的孩子設計 DNA 分析實驗。考慮到宇航員在太空中患癌症的風險增加,奧爾蒂(Aarthi Vijayakumar)、米歇爾(Michelle Sung)、麗貝卡(Rebecca Li)以及大衛(David Li)設計了這個實驗。

在太空中遭受到的輻射增加有可能損害人類的 DNA。在地球上,人體可以通過新增和刪除 DNA 鹼基來修復這種斷裂,或者在不改變兩個片段的情況下重新連線它們。然而,在“Genes In Space-6”實驗之前,這些過程在微重力下還沒有被研究過。

該研究的合著者、NASA 下屬約翰遜太空中心微生物學家莎拉・華萊士 (Sarah Wallace) 在一份宣告中說:“瞭解一種修復方式是否不太容易出錯具有重要意義。”

這些知識對宇航員可能是有益的,比如幫助任務規劃者確定是否需要更多的輻射防護。根據華萊士的說法:“重要的是要了解輻射情況,以確保機組人員正受到保護,並幫助他們以最好的方式康復。”

圖 2:美國宇航局宇航員尼克・黑格使用微型 PCR 硬體探索太空輻射如何影響 DNA

在國際空間站上擁有這項技術意味著,科學家可以分析在太空中遭受破壞的 DNA,而不是依賴於從地球上被切割後送上空間站的樣本。研究人員說,雖然 CRISPR 在太空中的使用原則相同,但它們需要針對太空環境進行量身定做。

該研究的主要作者薩拉・隆美爾 (Sarah Rommel) 也是約翰遜太空中心的微生物學家,她在宣告中表示:“我們不能把地球上的東西不經任何改變就送入太空,因為我們必須保證機組人員和船上所有環境生命系統的安全。例如,我們為整個過程提供定製工具包,著眼於如何使用最少的安全材料獲得最好的科學發現。”

隆美爾補充說:“我們已經可以證實,在太空中做這類研究並不太複雜。試驗按照計劃進行,並展示了預期結果。”

華萊士認為,要完全瞭解 DNA 在太空中的修復過程,還需要做更多的工作。但她強調,“Genes In Space-6”試驗取得了成功。展望未來,“在太空中建立完整的分子實驗室將會讓我們在那裡完成更多的研究”。

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