Crédit d'image: UC Berkeley
La même technologie de pointe qui a accéléré le séquençage du génome humain pourrait, d'ici la fin de la décennie, nous dire une fois pour toutes si la vie a jamais existé sur Mars, selon un chimiste de l'Université de Californie à Berkeley.
Richard Mathies, professeur de chimie à l'Université de Californie à Berkeley et développeur des premiers réseaux d'électrophorèse capillaire et de nouvelles étiquettes de colorant fluorescent à transfert d'énergie - tous deux utilisés dans les séquenceurs d'ADN d'aujourd'hui - travaille sur un instrument qui utiliserait ces technologies pour sonder la poussière de Mars pour trouver des preuves de la vie. à base d’acides aminés, éléments constitutifs des protéines.
L'étudiante diplômée Alison Skelley au Rock Garden, l'un des sites du désert d'Atacama au Chili, où les chercheurs ont échantillonné le sol pour les acides aminés en préparation pour l'envoi d'un instrument sur Mars pour rechercher des signes de vie. Les ruines de la ville de Yunguy sont à l'arrière-plan. (Photo gracieuseté du laboratoire Richard Mathies / UC Berkeley)
Avec deux subventions de développement de la NASA totalisant près de 2,4 millions de dollars, lui et les membres de l'équipe du Jet Propulsion Laboratory (JPL) du California Institute of Technology et de la Scripps Institution of Oceanography de l'UC San Diego espèrent construire un analyseur organique de Mars pour voler à bord de la NASA. la mission robotique Mars Science Laboratory et / ou la mission ExoMars de l'Agence spatiale européenne, dont le lancement est prévu en 2009. La proposition ExoMars est en collaboration avec Pascale Ehrenfreund, professeur agrégé d'astrochimie à l'Université de Leiden aux Pays-Bas.
L'Analyseur organique de Mars, surnommé MOA, recherche non seulement la signature chimique des acides aminés, mais teste une caractéristique critique des acides aminés basés sur la vie: ils sont tous gauchers. Les acides aminés peuvent être fabriqués par des processus physiques dans l'espace - ils se trouvent souvent dans les météorites - mais ils sont à peu près également gauchers et droitiers. Si les acides aminés sur Mars ont une préférence pour les acides aminés gauchers plutôt que droitiers, ou vice versa, ils ne pourraient provenir que d'une forme de vie sur la planète, a déclaré Mathies.
"Nous pensons que la mesure de l'homochiralité - une prévalence d'un type de passivité sur un autre - serait une preuve de vie absolue", a déclaré Mathies, membre de UC Berkeley du California Institute for Quantitative Biomedical Research (QB3). "C'est pourquoi nous nous sommes concentrés sur ce type d'expérience. Si nous allons sur Mars et trouvons des acides aminés mais ne mesurons pas leur chiralité, nous allons nous sentir très stupides. Notre instrument peut le faire. »
Le MOA est l'un d'une variété d'instruments en cours de développement avec un financement de la NASA pour rechercher la présence de molécules organiques sur Mars, avec des propositions finales pour la mission 2009 attendues à la mi-juillet. Mathies et ses collègues Jeffrey Bada de Scripps et Frank Grunthaner de JPL, qui prévoient de soumettre la seule proposition qui teste la neutralité des acides aminés, ont mis l'analyseur à l'épreuve et ont montré qu'il fonctionne. Les détails de leur proposition sont maintenant sur le Web à http://astrobiology.berkeley.edu.
En février, Alison Skelley, étudiante diplômée de Grunthaner et UC Berkeley, s'est rendue dans le désert d'Atacama au Chili pour voir si le détecteur d'acides aminés - appelé Mars Organic Detector, ou MOD - pouvait trouver des acides aminés dans la région la plus sèche de la planète. Le MOD réussit facilement. Cependant, parce que la deuxième moitié de l'expérience - le «laboratoire sur puce» qui teste la neutralité des acides aminés - n'était pas encore mariée au MOD, les chercheurs ont ramené les échantillons à UC Berkeley pour cette partie de la tester. Skelley a maintenant terminé avec succès ces expériences démontrant la compatibilité du système de laboratoire sur puce avec le MOD.
"Si vous ne pouvez pas détecter la vie dans la région de Yungay dans le désert d'Atacama, vous n'avez rien à faire pour aller sur Mars", a déclaré Mathies, se référant à la région désertique du Chili où l'équipage est resté et a effectué certains de ses tests.
Mathies, qui a développé il y a 12 ans les premiers séparateurs d'électrophorèse à réseau capillaire commercialisés par Amersham Biosciences dans leurs séquenceurs d'ADN rapides, est convaincu que les améliorations apportées par son groupe à la technologie utilisée dans le projet génomique alimenteront parfaitement les projets d'exploration sur Mars.
"Avec le type de technologie microfluidique que nous avons développée et notre capacité à créer des réseaux d'analyseurs in situ qui mènent des expériences très simples à peu de frais, nous n'avons pas besoin d'avoir des gens sur Mars pour effectuer des analyses précieuses", a-t-il déclaré. "Jusqu'à présent, nous avons montré que ce système peut détecter la vie dans une empreinte digitale et que nous pouvons effectuer une analyse complète sur le terrain. Nous sommes vraiment enthousiasmés par les possibilités futures. "
Bada, chimiste marin, est l'exobiologiste de l'équipe, ayant développé il y a près d'une douzaine d'années une nouvelle façon de tester les acides aminés, les amines (les produits de dégradation des acides aminés) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques, des composés organiques courants dans l'univers. Cette expérience, MOD, a été sélectionnée pour une mission vers Mars 2003 qui a été abandonnée lorsque le Mars Polar Lander s'est écrasé en 1999.
Depuis lors, Bada s'est associé à Mathies pour développer un instrument plus ambitieux qui combine un MOD amélioré avec la nouvelle technologie pour identifier et tester la chiralité des acides aminés détectés.
Le but ultime est de trouver une preuve de vie sur Mars. Les atterrisseurs Viking dans les années 1970 ont testé sans succès les molécules organiques sur Mars, mais leur sensibilité était si faible qu'ils n'auraient pas pu détecter la vie même s'il y avait un million de bactéries par gramme de sol, a déclaré Bada. Maintenant que les rovers Spirit et Opportunity de la NASA ont presque certainement montré que l'eau stagnante existait autrefois à la surface, l'objectif est de trouver des molécules organiques.
Le MOD de Bada est conçu pour chauffer des échantillons de sol martien et, dans les basses pressions à la surface, vaporiser toutes les molécules organiques qui peuvent être présentes. La vapeur se condense ensuite sur un doigt froid, un piège refroidi à la température ambiante nocturne de Mars, à environ 100 degrés en dessous de zéro Fahrenheit. Le doigt froid est recouvert de traceurs de colorant à la fluorescamine qui se lient uniquement aux acides aminés, de sorte que tout signal fluorescent indique la présence d'acides aminés ou d'amines.
"En ce moment, nous sommes en mesure de détecter un billionième de gramme d'acides aminés dans un gramme de sol, ce qui est un million de fois mieux que Viking", a déclaré Bada.
Le système d'électrophorèse capillaire ajouté sirote le fluide condensé du doigt froid et le siphonne dans un laboratoire sur puce avec des pompes et des vannes intégrées qui acheminent le fluide vers les produits chimiques qui aident à identifier les acides aminés et à vérifier la neutralité ou la chiralité .
"MOD est une interrogation de première étape où l'échantillon est examiné pour la présence de toute espèce fluorescente, y compris les acides aminés", a déclaré Skelley. «Ensuite, l'instrument d'électrophorèse capillaire fait l'analyse de deuxième étape, où nous résolvons réellement ces différentes espèces et pouvons dire ce qu'elles sont. Les deux instruments sont conçus pour se compléter et s'appuyer l'un sur l'autre. »
«Rich a pris cette expérience dans la dimension suivante. Nous avons vraiment un système qui fonctionne », a déclaré Bada. «Quand j'ai commencé à penser aux tests de chiralité et que j'ai parlé pour la première fois à Rich, nous avions des idées conceptuelles, mais rien qui fonctionnait réellement. Il en est arrivé au point où nous avons un instrument portable honnête à Dieu. »
Les acides aminés, les éléments constitutifs des protéines, peuvent exister sous deux formes d'image miroir, désignées L (levo) pour les gauchers et D (dextro) pour les droitiers. Toutes les protéines sur Terre sont composées d'acides aminés de type L, permettant à une chaîne d'entre elles de se replier agréablement en une protéine compacte.
Comme Mathies le décrit, le test de chiralité tire parti du fait que les acides aminés gauchers s'intègrent mieux dans un "gant" chimique pour gaucher et les acides aminés droitiers dans un gant droitier. Si les acides aminés gauchers et droitiers descendent dans un mince tube capillaire garni de mitaines pour gauchers, les gauchers se déplaceront plus lentement car ils se glissent dans les mitaines en cours de route. C’est comme un politicien gaucher qui travaille dans la foule, at-il dit. Elle déplacera plus lentement les personnes les plus gauchers de la foule, car ce sont les seules personnes avec lesquelles elle se serrera la main. Dans ce cas, le gant pour gaucher est un produit chimique appelé cyclodextrine.
Différents acides aminés - il existe 20 types différents utilisés par les humains - descendent également dans le tube à des vitesses différentes, ce qui permet une identification partielle de ceux présents.
"Une fois les acides aminés détectés par le MOD, la solution d'acides aminés marquée est pompée vers le bas dans la microfluidique et grossièrement séparée par la charge", a déclaré Mathies. «La mobilité des acides aminés nous dit quelque chose sur la charge et la taille et, lorsque les cyclodextrines sont présentes, si nous avons un mélange racémique, c'est-à-dire une quantité égale d'acides aminés gauchers et droitiers. Si nous le faisons, les acides aminés pourraient être non biologiques. Mais si nous constatons un excès chiral, nous savons que les acides aminés doivent être d'origine biologique. »
La puce de pointe conçue et construite par Skelley se compose de canaux gravés par des techniques photolithographiques et d'un système de pompage microfluidique pris en sandwich dans un disque à quatre couches de quatre pouces de diamètre, les couches étant connectées par des canaux forés. Les minuscules valves et pompes microfabriquées sont créées à partir de deux couches de verre avec une membrane polymère flexible (PDMS ou polydiméthylsiloxane) entre les deux, déplacées de haut en bas à l'aide d'une source de pression ou de vide. Le chimiste physique de l'Université de Berkeley, James Scherer, qui a conçu l'instrument d'électrophorèse capillaire, a également développé un détecteur de fluorescence sensible qui lit rapidement le motif sur la puce.
L'une des subventions actuelles de l'équipe de la NASA est pour le développement d'un laboratoire organique microfabriqué de nouvelle génération, ou MOL, pour voler vers Mars, la lune Europa de Jupiter ou peut-être une comète et effectuer des tests chimiques encore plus élaborés à la recherche d'un ensemble plus complet de matières organiques molécules, y compris les acides nucléiques, les unités structurales de l'ADN. Pour l'instant, cependant, l'objectif est un instrument prêt d'ici 2009 pour aller au-delà des expériences actuelles à bord des rovers Mars 2003 et rechercher des acides aminés.
"Vous devez vous rappeler que, jusqu'à présent, nous n'avons détecté aucune matière organique sur Mars, ce serait donc un énorme pas en avant", a déclaré Bada. «Dans la chasse à la vie, il y a deux exigences: l'eau et les composés organiques. Avec les découvertes récentes des rovers martiens qui suggèrent la présence d'eau, l'inconnu restant est constitué de composés organiques. C’est pourquoi nous nous concentrons sur cela.
"L'Analyseur organique de Mars est une expérience très puissante, et notre grand espoir est de trouver non seulement des acides aminés, mais des acides aminés qui semblent provenir d'une sorte d'entité vivante."
Source d'origine: communiqué de presse de Berkeley
