在太空中进行DNA测序(在太空环境之中会改变一个人的基因吗?)

在太空中进行DNA测序

2016年09月17日讯 自从二十世纪七十年代首批DNA链被测序以来，研究人员已理解在一系列医学和生物学研究中进行遗传学分析的深刻意义。

DNA测序已被用来鉴定生命形式；研究不同的有机体存在多大的亲缘性和它们如何进化；精确查明个人体内的遗传病和开发治疗疾病的药物疗法。它甚至被用来打击犯罪。

如今，多亏刚送到国际空间站（International Space Station, ISS）开展的一项实验，在太空中做所有的这些事情可能是可行的。

在2016年7月20日，一艘携带着上千磅重供应物品的SpaceX公司天龙号太空补给飞船（SpaceX Dragon supply ship）与国际空间站对接在一起。在这些供应物品清单中，有一台手持式DNA测序仪MinION。MinION是由英国牛津纳米孔技术公司（Oxford Nanopore Technologies）开发的，在地球上工作得非常良好。美国国家航空航天局（NASA，也被称作美国太空总署）发起的生物分子测序仪研究将发现它是否也能够在微重力条件下很好地工作。

来自NASA约翰逊太空中心的Kristen John说，“目标就是选择一种在地球上广泛使用的技术，然后在国际空间站的航天飞行环境中对它进行测试，以便有朝一日它可能能够用于全体飞船人员的健康应用中或者甚至用于检测火星中的生命。”

DNA测序之前从没有在太空中开展过，因此如果这项生物分子测序仪研究取得成功，那么它可能是一件大事。

来自NASA约翰逊太空中心的Sarah Castro-Wallace提出它的几项应用：“在过去，我们让可观察到的真菌在国际空间站中生长。我们想要在不需将样品送回地球的情形下鉴定出这些真菌。它是良好的或者值得担心的吗？只有了解这到底是什么，微生物学家们才能够推荐如何最好地处理这个问题。”

作为一种设备齐全的太空飞船，国际空间站缓慢地和不可避免地聚集宇航员在飞船上、供应物品的表面上和食物内部携带的微生物。一台DNA测序仪能够有助鉴定出这些微生物和测试空气和水中的清洁度。

Castro-Wallace说，“在国际空间站中，大约85%的水是循环利用的，是来自尿液、冷凝物和汗水和任何东西的。它在接受处理后达到微生物角度上的清洁吗？我们想要以一种更加实时的方式了解这种水处理器是否在工作。”

NASA约翰逊太空中心主要研究者Aaron Burton注意到宇航员本身可能受益于这种DNA测序：“你不仅能够研究DNA上发生的永久性变化，即长期而言太空飞行对你的DNA带来的影响，而且也通过研究RNA，你能够观察人体或其他有机物如何正在实时地作出反应。”

在这项生物分子测序仪研究期间，飞船人员将对来自地球上制备的具有已知基因组特征的样品中的细菌、病毒和啮齿类动物的DNA进行测序。地球上的研究人员将在地面上开展平行实验以便评估这种硬件如何好地发挥作用。

相比于在地球上使用的微波炉大小的测序仪，这台USB供电的测序仪MinION---大约为一块小糖果的大小---是比较小的。

Castro-Wallace说，“地球上的实验室中使用的大多数测序仪涉及光学器件、荧光、激光和其他不适合在太空飞行期间或微重力条件下使用的振动敏感性组件。此外，这些测序仪需要消耗大量的电力发挥作用。”

另一方面，MinION具有数量最小化的移动零件，而且直接插入到一台笔记本电脑或平板电脑中。这台笔记本电脑或平板电脑给MinION提供电力并且收集测序数据。不同于测序过程能够花费数天时间的陆地上的仪器，这台测序仪的数据几乎是实时获得的；分析能够在样品加入后10到15分钟内开始。

Burton说，“国际空间站和地球是重力闭联集（gravity continuum）的两个相反的末端，因此，如果这台测序仪在地球上和微重力条件下都能工作，那么它应当在诸如小行星和火星等任何环境下都能工作。”

在太空环境之中会改变一个人的基因吗?

“太空环境”，指载人航天器与空间站的话，不会改变一个人身上绝大部分细胞的基因，但可以改变细胞的基因表达。

太空环境有比地球上更强的电离辐射，其中一部分是高能量的银河宇宙射线。在目前采取的防护措施下，这些辐射能给宇航员造成比在地球上生活略多的DNA损伤，微重力条件还会影响DNA修复。不过，绝大部分突变是中性的，既不有益也不有害，宇航员在正常的航天任务里受到的辐射量不会明显提升癌症发病率。

2019年，NASA进行了相关的试验：

对宇航员斯科特·凯利及其同卵双胞胎兄弟马克·凯利进行外周血细胞采样、RNA测序、大小便样本检测，在斯科特执行为期340天的航天任务之后再次采样进行比对，以分析太空任务对基因表达造成的影响。

比对结果显示，最引人注意的变化是斯科特的端粒在太空略有延长、回到地球后明显缩短；斯科特和马克的基因表达水平和DNA甲基化各自发生了一些改变，改变的内容不同，且8.7%的基因表达水平变化在斯科特返回地球六个月后仍然存在；太空辐射给斯科特的DNA造成的损伤主要是一部分染色体倒装和易位，倒装比易位更多。

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