L'astronaute de la NASA Christina Koch travaille sur l'enquête Genes in Space-6, qui a développé un système pour générer et réparer les cassures d'ADN double brin dans une levure et séquencer l'ADN pour déterminer si la réparation a restauré son ordre d'origine ou a fait des erreurs. Crédit :NASA
L'étude de la réparation de l'ADN est la clé de l'exploration spatiale future, ce qui pourrait exposer les humains à un risque de dommages à l'ADN causés par les rayonnements. Les conditions dans l'espace pourraient également affecter la façon dont le corps répare de tels dommages, potentiellement aggraver ce risque.
Grâce au travail de quatre étudiants, une équipe de chercheurs, et la première utilisation dans l'espace de la technique d'édition du génome CRISPR, une enquête récente à bord de la Station spatiale internationale a réussi à générer des cassures dans l'ADN d'une levure commune, dirigé la méthode de réparation, et séquencé l'ADN rafistolé pour déterminer si son ordre d'origine a été restauré. Les chercheurs de Genes in Space-6 ont rapporté ce premier achèvement de l'ensemble du processus dans l'espace dans un article publié dans PLOS UN .
Ces résultats élargissent considérablement la boîte à outils de biologie moléculaire de la station spatiale, permettant des études sur la réparation de l'ADN et une variété d'autres investigations biologiques en microgravité.
Le corps répare les cassures double brin de l'ADN - la section des deux brins entrelacés de la double hélice - l'une des deux principales manières. Dans une méthode, des bases peuvent être ajoutées ou supprimées. L'autre méthode rejoint les brins sans changer la séquence d'ADN. Des problèmes techniques et de sécurité avaient empêché jusqu'à présent l'étude de ces processus de réparation à bord de la station spatiale.
Genes in Space-6 a été imaginé par quatre étudiants du Minnesota :Aarthi Vijayakumar, Michelle Sung, Rébecca Li, et David Li. Ils ont eu l'opportunité de participer à cette recherche dans le cadre du programme Genes in Space, un concours national qui met les élèves de la 7e à la 12e année au défi de concevoir des expériences d'analyse d'ADN à l'aide du laboratoire national américain de l'ISS et des outils à bord de la station. L'équipe est également co-auteur du document de résultats.
Pour générer des cassures d'ADN à des endroits spécifiques, l'équipe a utilisé une technique d'édition du génome appelée CRISPR, qui signifie Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Ceux-ci sont courts, séquences répétées d'ADN dans des bactéries avec des séquences d'ADN viral entre elles. Les bactéries transcrivent les séquences d'ADN viral en ARN, qui guide ensuite une protéine spécifique vers l'ADN viral et le coupe. Les scientifiques ont exploité cette réponse immunitaire naturelle pour créer la technique.
L'astronaute de l'Agence spatiale canadienne (ASC) David Saint-Jacques est montré pendant l'installation pour l'analyse de l'enquête Genes in Space-6. Crédit :NASA
En utilisant CRISPR, les chercheurs peuvent créer des ruptures contrôlées avec précision dans un endroit connu du génome, éliminer les risques possibles de dommages aléatoires. Cela a jeté les bases pour permettre la réparation de l'ADN dans l'espace, offrant la possibilité de mieux comprendre le type de mécanisme de réparation utilisé.
« Comprendre si un type de réparation est moins sujet aux erreurs a des implications importantes, " dit Sarah Wallace, un microbiologiste à la Division de la recherche biomédicale et des sciences de l'environnement du Johnson Space Center de la NASA à Houston. "Est-ce qu'une thérapeutique pourrait être développée pour encourager une voie plutôt qu'une autre, ou avons-nous besoin de plus de protection contre les rayonnements, ou les deux? Il est important d'acquérir cette compréhension pour nous assurer que nous protégeons l'équipage et que nous les aidons à récupérer de la meilleure façon possible."
Effectuer l'ensemble du processus dans l'espace, plutôt que de provoquer une rupture, congeler l'échantillon et l'envoyer dans l'espace pour réparer - permet de déterminer les effets des conditions de vol spatial, et uniquement des conditions de vol spatial, sur le processus.
Genes in Space et d'autres recherches liées à l'ADN sur la station spatiale ont également produit des progrès dans le matériel nécessaire. Les outils sur Terre ne se prêtent pas forcément aux vols spatiaux, dit Sarah Rommel, l'auteur principal de l'article et chercheur au laboratoire de microbiologie de Johnson. "Nous ne pouvons pas prendre exactement ce que nous avons sur Terre et le mettre simplement dans l'espace, parce que nous devons assurer la sécurité de l'équipage et de tous les systèmes de vie environnementale à bord. Par exemple, nous avons fait nos propres kits personnalisés pour l'ensemble du processus, en cherchant comment utiliser le moins de matériaux les plus sûrs possible tout en obtenant la meilleure science."
"Alors que davantage de travail est nécessaire pour comprendre les préférences potentielles envers les processus de réparation de l'ADN utilisés dans l'espace, ce travail a démontré la sophistication de ce qui peut être fait avec les outils moléculaires à bord, " ajoute Wallace. " Avoir un laboratoire moléculaire entier dans l'espace va juste exploser ce que nous pouvons faire là-bas, y compris des enquêtes plus complexes telles que ce travail CRISPR. Nous cherchons également à intégrer ces méthodes dans d'autres contextes tels que les chambres d'hôpital. La capacité à générer des données en temps quasi réel pourrait apporter un énorme avantage pour faire face à la crise de la résistance aux antimicrobiens et dans des environnements aux ressources limitées. »
Les résultats confirmant que les chercheurs peuvent désormais modifier avec précision un gène dans l'espace, Rommel et Wallace espèrent que d'autres chercheurs commenceront à utiliser cet outil. "Nous avons validé que ce n'est pas trop compliqué à faire dans l'espace, " dit Rommel. " Cela a fonctionné comme prévu, et il a fait ce qu'il était censé faire."
