Детектор признаков жизни
Космический аппарат для обнаружения биосигнатур
Детектор признаков жизни
(SOLID)
ПроизводительИспанский центр астробиологии ( CSIC - INTA )
Тип инструментаИммуноферментный анализ
Функцияобнаружение жизни
Веб-сайтAudire.cab.inta-csic.es/solid/en/instrument/
Характеристики
Масса< 7 кг (15 фунтов) [1]

Детектор признаков жизни ( SOLID ) — это аналитический прибор, находящийся в стадии разработки, для обнаружения внеземной жизни в форме органических биосигнатур, полученных при бурении скважин во время исследования планет.

Инструмент основан на флуоресцентном иммуноанализе и разрабатывается Испанским астробиологическим центром (CAB) в сотрудничестве с Институтом астробиологии НАСА . В настоящее время SOLID проходит испытания для использования в космических миссиях по астробиологии , которые ищут общие биомолекулы , которые могут указывать на присутствие внеземной жизни в прошлом или настоящем. Система была проверена в полевых испытаниях, и инженеры ищут способы усовершенствовать метод и еще больше миниатюризировать инструмент.

Научный фон

Современные астробиологические исследования подчеркивают необходимость поиска воды на Марсе , химических биосигнатур в вечной мерзлоте , почве и камнях на поверхности планеты и даже биомаркерных газов в атмосфере, которые могут выдать присутствие прошлой или настоящей жизни. [2] [3] Обнаружение сохранившихся органических молекул однозначного биологического происхождения имеет основополагающее значение для подтверждения настоящей или прошлой жизни, [4] но биологические эксперименты спускаемого аппарата Viking 1976 года не смогли обнаружить органику на Марсе, и есть подозрения, что это произошло из-за комбинированного воздействия тепла, применяемого во время анализа, и неожиданного присутствия окислителей, таких как перхлораты, в марсианской почве. [5] [6] Недавнее открытие приповерхностного грунтового льда на Марсе подтверждает аргументы в пользу долговременного сохранения биомолекул на Марсе. [7]

SOLID продемонстрировал, что антитела не подвержены влиянию кислотности, тепла и окислителей, таких как перхлораты, и это стало возможным в качестве приемлемого выбора для астробиологической миссии, направленной на непосредственный поиск биосигнатур. [1]

Некоторое время планировалось , что марсоход Rosalind Franklin миссии ExoMars будет нести на борту аналогичный инструмент под названием Life Marker Chip. [8] [9]

Инструмент

Двухсайтовый неконкурентный иммуноанализ состоит из биомолекулы (зеленого цвета), захваченной неподвижным антителом и «зажатой» меченым антителом. При воздействии лазерного луча флуорохромная метка (желтого цвета) возбуждается, и ее флуоресцентный сигнал измеряется.

SOLID был разработан для автоматического обнаружения in situ и идентификации веществ из жидких и измельченных образцов в условиях открытого космоса. [1] [10] Система использует сотни тщательно отобранных антител для обнаружения липидов, белков , полисахаридов и нуклеиновых кислот . Это сложные биологические полимеры, которые могут быть синтезированы только формами жизни, и поэтому являются сильными индикаторами — биосигнатурами — прошлой или настоящей жизни.

SOLID состоит из двух отдельных функциональных блоков: блока подготовки образцов (SPU) для экстракции с помощью ультразвука и блока анализа образцов (SAU) для флуоресцентного иммуноанализа . [10] Микрочипы антител разделены на сотни небольших отсеков внутри биочипа размером всего в несколько квадратных сантиметров. [1]

Инструмент SOLID способен выполнять как «сэндвич»-иммуноанализ, так и конкурентный иммуноанализ с использованием сотен хорошо охарактеризованных и высокоспецифичных антител. [4] Метод, называемый «сэндвич-иммуноанализом», представляет собой неконкурентный иммуноанализ, в котором аналит (интересующее соединение в неизвестном образце) захватывается иммобилизованным антителом, затем меченое антитело связывается с аналитом, чтобы выявить его присутствие. [1] Другими словами, «сэндвич» количественно определяет антигены (т. е. биомолекулы ) между двумя слоями антител (т. е. захватывающее и детектирующее антитело). Для конкурентного метода анализа немеченый аналит вытесняет связанный меченый аналит, который затем обнаруживается или измеряется.

Оптическая система настроена таким образом, что лазерный луч возбуждает флуорохромную метку, а детектор ПЗС захватывает изображение микроматрицы, которое можно измерить. [11]

Инструмент способен обнаруживать широкий спектр соединений молекулярного размера, от размера аминокислот , пептидов , белков , до целых клеток и спор , с чувствительностью 1–2 ppb (нг/мл) для биомолекул и 104–103 спор на миллилитр. [1] [10] Некоторые отсеки в микроматрице зарезервированы для образцов известной природы и концентрации, которые используются в качестве контролей для ссылки и сравнения. Концепция инструмента SOLID позволяет избежать высокотемпературной обработки других методов, которые могут разрушить органическое вещество в присутствии марсианских окислителей, таких как перхлораты . [1]

Тестирование

Полевой прототип SOLID был впервые испытан в 2005 году в имитированной экспедиции по бурению на Марсе под названием MARTE (Mars Analog Rio Tinto Experiment) [10] [11] [12] , где исследователи испытали бур глубиной 10 м (33 фута), системы обработки образцов и иммуноанализы, имеющие отношение к поиску жизни в недрах Марса. MARTE финансировалась программой NASA Astrobiology Science and Technology for Exploring Planets (ASTEP). [7] Используя образцы кернов, SOLID успешно обнаружил несколько биологических полимеров в экстремальных условиях в разных частях мира, включая глубокую южноафриканскую шахту, сухие долины Мак-Мердо в Антарктиде , Йеллоустоун , Исландия , пустыню Атакама в Чили и в кислой воде Рио-Тинто . [10] [13]

Экстракты, полученные из аналоговых участков Марса на Земле, были добавлены к различным концентрациям перхлората при температуре −20 °C в течение 45 дней, а затем образцы были проанализированы с помощью SOLID. [1] Результаты не показали помех от кислотности или от присутствия 50 мМ перхлората , что в 20 раз выше, чем было обнаружено на месте посадки Феникса . [1] SOLID продемонстрировал, что выбранные антитела не подвержены влиянию кислотности, тепла и окислителей, таких как перхлораты, и это стало жизнеспособным выбором для астробиологической миссии, непосредственно ищущей биосигнатуры. [1]

В 2018 году в пустыне Атакама состоялось еще одно полевое испытание с использованием вездехода ARADS (Atacama Rover Astrobiology Drilling Studies), на борту которого был установлен керновый бур, инструмент SOLID и еще одна система обнаружения жизни под названием Microfluidic Life Analyzer (MILA). [14] MILA обрабатывает мельчайшие объемы образцов жидкости для выделения аминокислот , которые являются строительными блоками белков . Вездеход протестировал различные стратегии поиска потенциальных доказательств жизни в почве и установил, что ровинг, бурение и обнаружение жизни могут происходить одновременно. [14]

Статус

Эти испытания подтвердили пригодность системы для исследования планет. [13] Некоторые усовершенствования, которые предстоит реализовать в будущем, включают миниатюризацию инструментов, протоколы извлечения и стабильность антител в условиях открытого космоса. [4] [11] SOLID будет одним из полезных грузов предлагаемого ледокола Life для полета на Марс, [15] [16] [17] или посадочного модуля для полета на Европу . [18]

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Парро, Виктор; де Диего-Кастилья, Грасиела; Родригес-Манфреди, Хосе А.; Ривас, Луис А.; Бланко-Лопес, Иоланда; Себастьян, Эдуардо; Ромераль, Хулио; Компостисо, Карлос; Эрреро, Педро Л.; Гарсиа-Марин, Адольфо; Морено-Пас, Мерседес; Гарсиа-Вильядангос, Мириам; Круз-Гил, Патрисия; Пейнадо, Вероника; Мартин-Солер, Хавьер; Перес-Меркадер, Хуан; Гомес-Эльвира, Хавьер (2011). «SOLID3: Мультиплексный оптический сенсорный прибор на основе микроматриц антител для обнаружения жизни на месте при исследовании планет». Астробиология . 11 (1): 15–28 . Bibcode : 2011AsBio..11...15P. doi : 10.1089/ast.2010.0501. PMID  21294639.
  2. ^ Mumma, Michael J. (8 января 2012 г.). Поиск жизни на Марсе. Origin of Life. Gordon Research Conference. Галвестон, Техас. Архивировано из оригинала 4 июня 2016 г.
  3. ^ Чанг, Кеннет (12 сентября 2016 г.). «Видения жизни на Марсе в глубинах Земли». New York Times . Архивировано из оригинала 12 сентября 2016 г. Получено 12 сентября 2016 г.
  4. ^ abc Protein Microarrays-Based Strategies for Life Detection in Astrobiology. Виктор Парро, Луис А. Ривас и Хавьер Гомес-Эльвира. Space Science Reviews , март 2008 г., том 135, выпуск 1–4, стр. 293–311.
  5. ^ "Нашли ли марсианские посадочные аппараты Viking строительные блоки жизни? Недостающая часть вдохновляет на новый взгляд на головоломку". ScienceDaily . 2010-09-05 . Получено 2010-09-23 .
  6. ^ Наварро-Гонсалес, Рафаэль и др. (2011). «Комментарий к «Повторный анализ результатов Викинга предполагает наличие перхлората и органики в средних широтах Марса». Журнал геофизических исследований . Том 116, № E12. Bibcode : 2011JGRE..11612001B. doi : 10.1029/2011JE003869.
  7. ^ ab Полевое моделирование миссии по бурению на Марсе для поиска подповерхностной жизни. CR Stoker, LG Lemke, H. Cannon, B. Glass, S. Dunagan, J. Zavaleta, D. Miller, J. Gomez-Elvira. Lunar and Planetary Science XXXVI (2005).
  8. ^ Мартинс, Зита (2011). «In situ биомаркеры и чип маркера жизни». Астрономия и геофизика . 52 (1): 1.34 – 1.35 . Bibcode : 2011A&G....52a..34M. doi : 10.1111/j.1468-4004.2011.52134.x .
  9. ^ Sims, Mark R.; Cullen, David C.; Rix, Catherine S.; Buckley, Alan; Derveni, Mariliza; et al. (Ноябрь 2012 г.). «Состояние разработки чипа-маркера жизни для ExoMars». Planetary and Space Science . 72 (1): 129– 137. Bibcode :2012P&SS...72..129S. doi :10.1016/j.pss.2012.04.007.
  10. ^ Концепция инструмента abcde SOLID (Signs Of LIfe Detector): биосенсор на основе микрочипов антител для обнаружения жизни в астробиологии. (PDF) В. Парро, Л. А. Ривас, Х. А. Родригес-Манфреди, И. Бланко, Г. де Диего-Кастилья, П. Крус-Хиль, М. Морено-Пас, М. Гарсиа-Вильядангос, К. Компостисо, П. Л. Эрреро и команда SOLID. Рефераты геофизических исследований , Vol. 11, EGU2009-8614-1, 2009 г. Генеральная ассамблея ЕГУ 2009 г.
  11. ^ abc Парро, Виктор; Фернандес-Кальво, Патрисия; Родригес Манфреди, Хосе А.; Морено-Пас, Мерседес; Ривас, Луис А.; Гарсиа-Вильядангос, Мириам; Бонаккорси, Розальба; Эдуардо Гонсалес-Пастор, Хосе; Прието-Баллестерос, Ольга; Шуергер, Эндрю К.; Дэвидсон, Марк; Гомес-Эльвира, Хавьер; Стокер, Кэрол Р. (2008). «SOLID2: Прибор для обнаружения жизни на основе массива антител в эксперименте по моделированию бурения на Марсе (MARTE)». Астробиология . 8 (5): 987–999 . Бибкод : 2008AsBio...8..987P. doi : 10.1089/ast.2007.0126. PMID  19105755.
  12. ^ MARTE: Развитие технологий и уроки, извлеченные из моделирования миссии по бурению на Марсе. (PDF) Ховард Н. Кэннон, Кэрол Р. Стокер, Стивен Э. Дунаган, Кил Дэвис, Хавьер Гомес-Эльвира, Брайан Дж. Гласс, Лоуренс Дж. Лемке, Дэвид Миллер, Розальба Бонаккорси, Марк Брэнсон, Скотт Криста, Хосе Антонио Родригес-Манфреди, Эрик Мамм, Гейл Полсен, Мэтт Роман, Алоис Винтерхоллер, Джони Р. Завалета. (2005)
  13. ^ аб Парро, В; де Диего-Кастилья, Г; Морено-Пас, М; Бланко, Ю; Круз-Гил, П; Родригес-Манфреди, JA; Фернандес-Ремолар, защитник; Гомес, Ф; Гомес, МЮ; Ривас, Луизиана; Демергассо, К; Эчеверрия, А; Уртувия, ВН; Руис-Бермехо, М; Гарсиа-Вильядангос, М; Постиго, М; Санчес-Роман, М; Чонг-Диас, Дж; Гомес-Эльвира, Дж (2011). «Микробный оазис в гиперсоленых недрах Атакамы, обнаруженный с помощью чипа-детектора жизни: значение для поиска жизни на Марсе». Астробиология . 11 (10): 969– 96. Bibcode : 2011AsBio..11..969P. doi : 10.1089/ast.2011.0654. PMC 3242637. PMID  22149750 . 
  14. ^ ab Исследования астробиологического бурения марсохода Атакама (ARADS). NASA, 26 февраля 2018 г.
  15. ^ Davé, Arwen; Sarah J. Thompson, Christopher P. McKay, Carol R. Stoker, Kris Zacny, Gale Paulsen, Bolek Mellerowicz, Brian J. Glass, David Willson, Rosalba Bonaccorsi и Jon Rask. (Апрель 2013 г.). «Система обработки образцов для миссии Mars Icebreaker Life: от грязи к данным». Astrobiology . 13 (4): 354– 369. Bibcode : 2013AsBio..13..354D. doi : 10.1089/ast.2012.0911. PMID  23577818. S2CID  41629118.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Миссия ледокола по поиску жизни на Марсе. C. Stoker, C. McKay, W. Brinckerhoff, A. Davila V. Parro, R. Quinn. Научная конференция по астробиологии 2015 г.
  17. ^ Аналоговые испытания по обнаружению жизни на Марсе в Рио-Тинто. Б. Гласс, В. Парро, Д. Бергман, К. Стокер1, А. Ван, Т. Стаки, М. Гарсия-Вильядангос, Дж. М. Манчадо и С. Сейтц. 49-я конференция по науке о Луне и планетах 2018 г. (LPI Contrib. № 2083).
  18. ^ Инструмент SOLID (детектор признаков жизни): прибор на основе биоаффинных микрочипов для обнаружения жизни на Европе. В. Парро. EPSC Abstracts. Том 4, Европейский планетарный научный конгресс. Сентябрь 2009 г.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Signs_Of_LIfe_Detector&oldid=1135156747"