Uzaydaki İlk DNA Dizilimi

7 Temmuz 2016 sabahında, uzay giysisini giyen virüs-bilimci Kate Rubins Kazakistan'da buz gibi bir roketin dibinde metrelerce yukarı fırlatılmak için bindiği asansörden yeni Soyuz uzay aracına bindi. Bu uzay aracı ile 400 km yukardaki Uluslararası Uzay İstasyonu'na gitti. Ayrıntılar yazının devamında!  

2009 yılından itibaren NASA'da çalışmaya başlayan Kathleen (Kate) Rubins, kalp kası hücreleri ile çalıştı ve uzayda DNA dizilimi yapan ilk kişi oldu. Rubins ayrıca hücre kültüründe kalp kası hücreleri (kardiyomiyositler) yetiştirdi ve yörüngede mini PCR makinesi kullanarak qPCR, RT-PCR yaptı ve mikrobiyom deneyleri gerçekleştirdi. Uzayda geçirdiği 115 gün içinde toplamda 12 saat 46 dakika süren iki uzay yürüyüşü gerçekleştirdi. Uzay istasyonunun dışardan bakımlarını yaptı ve yeni donanımlar ekledi. 

Biyomolekül Dizilenmesi deneyi kapsamında, mikro-yerçekimi ortamında organizmaların DNA dizilerinin yapılabilmesi, ileri çalışmaların kapısını aralama fırsatı sundu. Bu sayede, ileride Ay ve Mars'ta yapılabilecek çalışmalarda mikroskobik bir hastalık ortaya çıkması durumunda, çalışma ekibinin bu hastalığın kaynağını kendileri tespit edebilmesine olanak sağlanmış olacak. Bu durum, astronotların uzay çalışmaları sırasında, özellikle uzun süreli uçuşlarda sağlıklarının korunmasına olanak sağlayabilecek.

Uzayda DNA Dizilenmesi daha heyecan verici bir kullanımı da var: Dünya dışı organizmaların tespiti. Gelecekteki bir Mars ekibinin yaşam taşıyan bir örnek aldığını varsayalım. Bir DNA Dizileyici, pozitif bir tanımlama yapmanıza yardımcı olabilir mi? Muhtemelen evet! Hatta dünyada gördüğümüz DNA'ya benzemese bile!

Bu DNA Dizilenmesi deneyi için uzay istasyonuna farklı organizmalardan örnekler götürüldü ve kullanılacak "MinION" adlı cihaz için denemeler yapıldı. Cihazın çalışma prensibi zarlara gömülü gözeneklere pozitif akım gönderilmesi ve nanoporların DNA'lar tarafından kapatılarak o DNA'ya özgü bir şekle dönüşmesinden oluşuyor. Bu sistemle araştırmacılar özgül DNA dizilimlerini belirleyebiliyor.

Cihazın mikro-yerçekiminde denenmesi ile cihazın uzay aracının fırlatılması sırasındaki titreşime olan dayanıklılığı ve akımdaki değişikliklerin ölçülmesi, bu değişikliklerin DNA dizilerine dönüşümü sırasındaki güvenilirliğinin sınanması amaçlanmıştır. Araştırmacılar, güvenilirliği ve cihazın yörüngedeki performansını etkileyebilecek diğer etkenleri araştırmaya devam edecekler. Bu bilinmeyenleri en aza indirgemek için, araştırmacılar yakın bir zamanda tüm sahil aşaması işlemlerini bir NASA Ekstrem Çevre Görev Operasyonunda ya da NEEMO'da Florida sahilinin 60 metre su altındaki Kova Üssü araştırma tesisinde test ettiler. Ek olarak, bu cihaz, istasyondaki diğer bilim araştırmaları için kullanılabilecek bir araç da olabilir. Örneğin, araştırmacılar, numunelerin test için Dünya'ya geri dönmesini beklemek yerine, yörüngede genetik materyal veya gen ekspresyonundaki değişiklikleri incelemek için kullanabilirler.

Kate Rubins lisans derecesini Kaliforniya Üniversitesi Moleküler Biyoloji bölümünden almış ve doktorasını kanser biyolojisi üzerine Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyokimya Bölümü ve Mikrobiyoloji ve İmmünoloji Bölümü'nde yapmıştır. Çalışmalarında genellikle HIV-1 virüsü üzerine yoğunlaşan Rubins, Ebola ve Marburg virüsleri ile de çalışmış ve Kongo'da saha araştırmalarına da katılmıştır. Rubins, MIT'de Whitehead Biyomedikal Araştırma Enstitüsü'nde araştırmacıyken, öncelikle Orta ve Batı Afrika'yı etkileyen viral hastalıkları inceleyen 14 araştırmacıdan oluşan bir ekiple çalışmıştır. Araştırma yapmak ve çalışma alanlarını denetlemek için Kongo Demokratik Cumhuriyeti'ne gitmiştir. "Bir astronot, biyolog ve bir jeolog olmak çocukluk hayalimdi. Bir şansım olduğunu düşünmedim, ama başvurdum!" diye belirtmiştir.

Rubins, Temmuz 2009'da 20. NASA astronot sınıfının 9 üyesinden biri olarak seçilmiştir. Eğitimleri arasında bilimsel ve teknik bilgiler, Uluslararası Uzay İstasyonu sistemlerinde yoğun öğretim, uzay yürüyüşleri, robotik, fizyolojik eğitim, T-38 uçuş eğitimi, su ve vahşi yaşam sürdürme eğitimleri yer almıştır.

Kaynakça ve İleri Okuma:

• First DNA Sequencing in Space a Game Changer https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/dna_sequencing/
• Kate Rubins Was the First to Sequence DNA in Space https://www.the-scientist.com/scientist-to-watch/kate-rubins-was-the-first-to-sequence-dna-in-space-30989
• Kathleen "Kate" Rubins (PH.D.) NASA Astronaut https://www.nasa.gov/astronauts/biographies/kathleen-rubins/biography
• Sequencing the station: Investigation aims to identify unknown microbes in space https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-04/nsc-sts042617.php

• Kate Rubins, NASA's DNA sequencing scientist, returning to Earth https://www.planetary.org/blogs/jason-davis/2016/20161028-kate-rubins-returns.html