Crédito da imagem: UC Berkeley
A mesma tecnologia de ponta que acelerou o seqüenciamento do genoma humano poderia, até o final da década, nos dizer de uma vez por todas se a vida já existiu em Marte, de acordo com um químico da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
Richard Mathies, professor de química da UC Berkeley e desenvolvedor dos primeiros arranjos de eletroforese capilar e novos rótulos de corantes fluorescentes de transferência de energia - ambos usados nos seqüenciadores de DNA atuais - está trabalhando em um instrumento que usaria essas tecnologias para sondar a poeira de Marte em busca de evidências de vida. à base de aminoácidos, os blocos de construção das proteínas.
Alison Skelley, estudante de graduação no Rock Garden, um dos locais no deserto de Atacama, no Chile, onde pesquisadores coletaram amostras de aminoácidos no solo para preparar o envio de um instrumento a Marte para procurar sinais de vida. As ruínas da cidade de Yunguy estão em segundo plano. (Foto cedida por Richard Mathies lab / UC Berkeley)
Com duas doações de desenvolvimento da NASA totalizando quase US $ 2,4 milhões, ele e os membros da equipe do Jet Propulsion Laboratory (JPL) do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego esperam construir um Mars Organic Analyzer para voar a bordo da sonda da NASA, missão robótica Mars Science Laboratory e / ou missão ExoMars da Agência Espacial Européia, ambas agendadas para lançamento em 2009. A proposta ExoMars está em colaboração com Pascale Ehrenfreund, professor associado de astroquímica da Universidade de Leiden, na Holanda.
O Mars Organic Analyzer, apelidado de MOA, procura não apenas a assinatura química dos aminoácidos, mas também testa uma característica crítica dos aminoácidos baseados na vida: todos são canhotos. Os aminoácidos podem ser produzidos por processos físicos no espaço - geralmente são encontrados em meteoritos -, mas são igualmente canhotos e destros. Se os aminoácidos em Marte tiverem preferência por aminoácidos destros ou canhotos, ou vice-versa, eles só poderiam ter vindo de alguma forma de vida no planeta, disse Mathies.
"Achamos que medir a homociralidade - uma prevalência de um tipo de mão sobre outra - seria prova absoluta de vida", disse Mathies, membro da Universidade de Berkeley, na Califórnia, do Instituto de Pesquisa Biomédica Quantitativa da Califórnia (QB3). "É por isso que nos concentramos nesse tipo de experimento. Se formos a Marte e encontrarmos aminoácidos, mas não medirmos sua quiralidade, nos sentiremos muito tolos. Nosso instrumento pode fazer isso. ”
O MOA é um dos vários instrumentos em desenvolvimento com financiamento da NASA para procurar a presença de moléculas orgânicas em Marte, com propostas finais para a missão de 2009 prevista para meados de julho. Mathies e seus colegas Jeffrey Bada, da Scripps, e Frank Grunthaner, da JPL, que planejam apresentar a única proposta que testa a liberação de aminoácidos, colocaram o analisador em teste e mostraram que ele funciona. Os detalhes de sua proposta estão agora na Web em http://astrobiology.berkeley.edu.
Em fevereiro, Grunthaner e a estudante de pós-graduação da UC Berkeley, Alison Skelley, viajaram ao deserto de Atacama, no Chile, para ver se o detector de aminoácidos - chamado Mars Organic Detector, ou MOD - poderia encontrar aminoácidos na região mais seca do planeta. O MOD foi bem sucedido. No entanto, como a segunda metade do experimento - o "lab-on-a-chip" que testa a liberação de aminoácidos - ainda não havia sido casada com o MOD, os pesquisadores trouxeram as amostras de volta à UC Berkeley para aquela parte do teste. Skelley agora concluiu com êxito essas experiências, demonstrando a compatibilidade do sistema lab-on-a-chip com o MOD.
"Se você não consegue detectar a vida na região de Yungay, no deserto de Atacama, não é possível ir a Marte", disse Mathies, referindo-se à região desértica do Chile, onde a equipe ficou e conduziu alguns de seus testes.
Mathies, que há 12 anos desenvolveu os primeiros separadores de eletroforese de matriz capilar comercializados pela Amersham Biosciences em seus sequenciadores rápidos de DNA, está confiante de que as melhorias de seu grupo na tecnologia utilizada no projeto do genoma serão alimentadas perfeitamente nos projetos de exploração de Marte.
"Com o tipo de tecnologia microfluídica que desenvolvemos e nossa capacidade de criar matrizes de analisadores in situ que realizam experimentos muito simples de forma relativamente barata, não precisamos de pessoas em Marte para realizar análises valiosas", disse ele. "Até agora, mostramos que este sistema pode detectar a vida em uma impressão digital e que podemos fazer uma análise completa em campo. Estamos realmente empolgados com as possibilidades futuras. "
Bada, um químico marinho, é o exobiólogo da equipe, tendo desenvolvido quase uma dúzia de anos atrás uma nova maneira de testar aminoácidos, aminas (produtos de degradação de aminoácidos) e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, compostos orgânicos comuns no universo. Esse experimento, MOD, foi selecionado para uma missão de 2003 a Marte que foi descartada quando o Mars Polar Lander caiu em 1999.
Desde então, Bada se uniu a Mathies para desenvolver um instrumento mais ambicioso que combina um MOD aprimorado com a nova tecnologia para identificar e testar a quiralidade dos aminoácidos detectados.
O objetivo final é encontrar provas de vida em Marte. Os pesquisadores da Viking, na década de 1970, testaram, sem sucesso, moléculas orgânicas em Marte, mas sua sensibilidade era tão baixa que não teriam conseguido detectar a vida, mesmo que houvesse um milhão de bactérias por grama de solo, disse Bada. Agora que os veículos espaciais da NASA Spirit e Opportunity quase certamente mostraram que a água parada já existia na superfície, o objetivo é encontrar moléculas orgânicas.
O MOD de Bada é projetado para aquecer amostras de solo marciano e, nas baixas pressões na superfície, vaporizar quaisquer moléculas orgânicas que possam estar presentes. O vapor então condensa em um dedo frio, uma armadilha resfriada à temperatura ambiente noturna de Marte, aproximadamente 100 graus abaixo de zero Fahrenheit. O dedo frio é revestido com marcadores de corante fluorescente que se ligam apenas aos aminoácidos, de modo que qualquer sinal fluorescente indica a presença de aminoácidos ou aminas.
"No momento, somos capazes de detectar um bilionésimo de grama de aminoácidos em uma grama de solo, um milhão de vezes melhor que o Viking", disse Bada.
O sistema de eletroforese capilar adicionado sorve o fluido condensado do dedo frio e o transfere para um laboratório em um chip com bombas e válvulas embutidas que direcionam o fluido para produtos químicos que ajudam a identificar os aminoácidos e a verificar a presença ou quiralidade .
"O MOD é um interrogatório de primeiro estágio em que a amostra é examinada quanto à presença de qualquer espécie fluorescente, incluindo aminoácidos", disse Skelley. “Então, o instrumento de eletroforese capilar faz a análise do segundo estágio, onde realmente resolvemos essas espécies diferentes e podemos dizer o que são. Os dois instrumentos são projetados para complementar e construir um sobre o outro. ”
“Rich levou esse experimento para a próxima dimensão. Nós realmente temos um sistema que funciona ”, disse Bada. “Quando comecei a pensar em testes de quiralidade e conversei pela primeira vez com Rich, tínhamos idéias conceituais, mas nada que realmente estava funcionando. Ele levou isso ao ponto em que temos um instrumento portátil honesto com Deus. ”
Os aminoácidos, os blocos de construção das proteínas, podem existir em duas formas de imagem espelhada, designadas L (levo) para canhotos e D (dextro) para destros. Todas as proteínas da Terra são compostas por aminoácidos do tipo L, permitindo que uma cadeia deles se dobre bem em uma proteína compacta.
Como Mathies descreve, o teste de quiralidade tira vantagem do fato de que os aminoácidos canhotos se encaixam mais perfeitamente em uma luva química para canhotos e os aminoácidos destros em uma luva para destros. Se os aminoácidos esquerdos e destros viajam por um tubo capilar fino, forrado com luvas esquerdas, os esquerdos viajam mais devagar porque deslizam nas luvas ao longo do caminho. É como um político canhoto trabalhando na multidão, ele disse. Ela moverá mais lentamente as pessoas canhotas na multidão, porque essas são as únicas pessoas com quem ela apertará as mãos. Nesse caso, a luva para canhotos é um produto químico chamado ciclodextrina.
Diferentes aminoácidos - existem 20 tipos diferentes usados pelos seres humanos - também viajam pelo tubo em taxas diferentes, o que permite a identificação parcial dos presentes.
"Depois que os aminoácidos são detectados pelo MOD, a solução de aminoácidos rotulada é bombeada para microfluídica e brutalmente separada por carga", disse Mathies. “A mobilidade dos aminoácidos nos diz algo sobre carga e tamanho e, quando há ciclodextrinas, se temos uma mistura racêmica, ou seja, uma quantidade igual de aminoácidos para a esquerda e a mão direita. Se o fizermos, os aminoácidos podem ser não biológicos. Mas se vemos um excesso quiral, sabemos que os aminoácidos devem ter origem biológica. ”
O chip de última geração projetado e construído pela Skelley consiste em canais gravados por técnicas fotolitográficas e um sistema de bombeamento microfluídico imprensado em um disco de quatro camadas com 10 cm de diâmetro, com as camadas conectadas por canais perfurados. As minúsculas válvulas e bombas microfabricadas são criadas a partir de duas camadas de vidro com uma membrana flexível de polímero (PDMS ou polidimetilsiloxano) entre elas, movidas para cima e para baixo usando uma fonte de pressão ou vácuo. O químico físico da UC Berkeley, James Scherer, que projetou o instrumento de eletroforese capilar, também desenvolveu um detector de fluorescência sensível que lê rapidamente o padrão no chip.
Uma das atuais doações da equipe da NASA é o desenvolvimento de um Laboratório Orgânico Microfabricado da próxima geração, ou MOL, para voar para Marte, a lua de Júpiter, Europa ou talvez um cometa, e realizar testes químicos ainda mais elaborados em busca de um conjunto mais completo de produtos orgânicos. moléculas, incluindo ácidos nucléicos, as unidades estruturais do DNA. Por enquanto, no entanto, o objetivo é um instrumento pronto até 2009 para ir além dos experimentos atuais a bordo dos rovers Mars 2003 e procurar aminoácidos.
"Você deve se lembrar, até agora não detectamos nenhum material orgânico em Marte, o que seria um tremendo passo à frente", disse Bada. “Na busca pela vida, existem dois requisitos: água e compostos orgânicos. Com as recentes descobertas dos veículos espaciais de Marte que sugerem a presença de água, o restante desconhecido são os compostos orgânicos. É por isso que estamos focando nisso.
"O Mars Organic Analyzer é um experimento muito poderoso, e nossa grande esperança é encontrar não apenas aminoácidos, mas aminoácidos que pareçam vir de algum tipo de entidade viva".
Fonte original: Berkeley News Release
