Sarah Wallace (à gauche), Microbiologiste de la NASA et chercheur principal de Genes in Space-3, et Sarah Stahl (D), microbiologiste, sont vus dans leur laboratoire du Johnson Space Center avec l'échantillon en vol de l'enquête Genes in Space-3. Crédit :Rachel Barry
Être capable d'identifier les microbes en temps réel à bord de la Station spatiale internationale, sans avoir à les renvoyer sur Terre pour identification au préalable, serait révolutionnaire pour le monde de la microbiologie et de l'exploration spatiale. L'équipe Genes in Space-3 a fait de cette possibilité une réalité cette année, lorsqu'il a achevé le tout premier processus d'échantillonnage en séquence entièrement à bord de la station spatiale. Les résultats de leur enquête ont été publiés dans Rapports scientifiques .
La capacité d'identifier les microbes dans l'espace pourrait aider à diagnostiquer et à traiter les maladies des astronautes en temps réel, ainsi que d'aider à l'identification de la vie basée sur l'ADN sur d'autres planètes. Cela pourrait également profiter à d'autres expériences à bord du laboratoire en orbite. L'identification des microbes consiste à isoler l'ADN des échantillons, puis en amplifiant - ou en faisant de nombreuses copies - de cet ADN qui peut ensuite être séquencé, ou identifié.
L'enquête a été divisée en deux parties :la collecte des échantillons microbiens et l'amplification par Polymerase Chain Reaction (PCR), puis séquençage et identification des microbes. L'astronaute de la NASA Peggy Whitson a mené l'expérience à bord du laboratoire en orbite, avec le microbiologiste de la NASA et la chercheuse principale du projet, Sarah Wallace, et son équipe qui la regardent et la guident depuis Houston.
Dans le cadre d'une surveillance microbienne régulière, des plaques de pétri ont été touchées sur diverses surfaces de la station spatiale. Travaillant dans la Microgravity Science Glovebox (MSG) environ une semaine plus tard, Whitson a transféré des cellules de colonies bactériennes en croissance sur ces plaques dans des tubes à essai miniatures, quelque chose qui n'avait jamais été fait auparavant dans l'espace.
Une fois les cellules collectées avec succès, il était temps d'isoler l'ADN et de le préparer pour le séquençage, permettant l'identification des organismes inconnus - une autre première pour la microbiologie spatiale. Un événement météorologique historique, bien que, menaçait la capacité de l'équipe au sol à guider la progression de l'expérience.
"Nous avons commencé à entendre les rapports de l'ouragan Harvey la semaine entre Peggy effectuant la première partie de la collecte de l'échantillon et se préparant pour le séquençage réel, " dit Wallace.
Lorsque JSC est devenu inaccessible en raison des conditions routières dangereuses et de la montée des eaux, l'équipe du Centre d'intégration des opérations de charge utile du Marshall Space Flight Center à Huntsville, Alabama, qui servent de « Mission Control » pour toutes les recherches en station, a travaillé pour connecter Wallace à Whitson en utilisant le téléphone portable personnel de Wallace.
Avec un ouragan qui fait des ravages dehors, Wallace et Whitson entrent dans l'histoire. Wallace a offert son soutien à Whitson, un biochimiste, alors qu'elle utilisait l'appareil MinION pour séquencer l'ADN amplifié. Les données ont été transmises à l'équipe de Houston pour analyse et identification.
L'astronaute de la NASA Peggy Whitson a effectué l'enquête Genes in Space-3 à bord de la station spatiale à l'aide de la miniPCR et du MinION, développé pour les enquêtes déjà effectuées. Crédit :NASA
« Une fois que nous avons obtenu les données sur le terrain, nous avons pu les inverser et commencer à les analyser, " a déclaré Aaron Burton, Biochimiste de la NASA et co-investigateur du projet. "Vous obtenez toutes ces intrigues de gribouillis et vous devez les transformer en As, Gs, Cs et Ts."
Ces As, Gs, Cs et Ts sont Adénine, Guanine, Cytosine et thymine - les quatre bases qui composent chaque brin d'ADN et peuvent vous dire de quel organisme provient le brin d'ADN.
"Tout de suite, nous avons vu un micro-organisme apparaître, puis un deuxième, et c'était des choses que l'on trouve tout le temps sur la station spatiale, ", a déclaré Wallace. "La validation de ces résultats aurait lieu lorsque nous récupérerions l'échantillon pour le tester sur Terre."
Peu après, les échantillons sont retournés sur Terre, avec Whitson, à bord du vaisseau Soyouz. Des tests biochimiques et de séquençage ont été effectués dans des laboratoires au sol pour confirmer les résultats de la station spatiale. Ils ont effectué des tests plusieurs fois pour confirmer l'exactitude. Chaque fois, les résultats étaient exactement les mêmes au sol qu'en orbite.
L'équipe Genes in Space-3 a travaillé tout au long de l'ouragan Harvey pour assurer la poursuite des opérations sur la station spatiale. Sur la photo, Aaron Burton, Kristen John, Sarah Stahl et Sarah Wallace alors qu'elles regardent l'astronaute de la NASA Peggy Whitson travailler dans la Microgravity Science Glovebox (MSG) pendant la première partie de l'enquête. Crédit :Sarah Wallace
"Nous l'avons fait. Tout a parfaitement fonctionné, " dit Sarah Stahl, microbiologiste.
Développé en partenariat par le Johnson Space Center de la NASA et Boeing, cette enquête parrainée par le National Lab est gérée par le Center for the Advancement of Science in Space.
Genes in Space-1 a marqué la première fois que la PCR a été utilisée dans l'espace pour amplifier l'ADN avec le thermocycleur miniPCR, suivi peu après par Biomolecule Sequencer, qui a utilisé le dispositif MinION pour séquencer l'ADN. Genes in Space-3 a marié ces deux recherches pour créer un processus complet d'identification microbienne en microgravité.
"C'était une collaboration naturelle pour mettre ces deux éléments de technologie ensemble car individuellement, ils sont super tous les deux, mais ensemble, ils permettent des applications de biologie moléculaire extrêmement puissantes, " dit Wallace.
