带着定序上太空！人类首次成功在太空中进行 DNA 定序

半导体行业观察上周末，具有生物学家背景的 NASA 太空人 Kate Rubins 博士在太空中进行了史上第一次无重力的 DNA 定序试验。

这项实验属于 NASA 的生物分子定序（Biomolecule Sequencer）研究的一部分，这一系列研究计划目的是为了要确认在太空中进行 DNA 定序的可行性，借此了解太空站中的生物组成，了解太空站中工作环境可能的病原体，为工作人员的健康状况把关，并且在未来可能能够侦测太阳系中以 DNA 为主的生命体。

Rubins （见首图）在 7 月时到达国际太空站（International Space Station，ISS）加入日本籍 Takuya Onishi 以及俄罗斯籍 Anatoly Ivanishin 两位太空人的冒险旅程。他们准备在 4 个月内进行超过 250 个实验，而 Rubins 由于她具有的分子生物学背景，理所当然的负责了这项实验。她在太空站中利用一种被称为 MinION 的手持设备，在太空站中进行 DNA 定序实验。

MinION 是由英国牛津纳米孔科技（Oxford Nanopore Technologies）所设计的 DNA 定序设备，整个设备的体积只有一条巧克力棒的大小，却能够辨别 DNA 序列中由腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）所组成的的硷基排序。缎带状的 DNA 分子以线状的方式能够通过 MinION 设备中带电的纳米孔洞，造成电流改变进而让设备能够侦测读取。这项设备能够帮助太空人在太空中诊断疾病，并且找出在国际太空舱中致病的微生物究竟为何。

▲ DNA 定序设备 MinION。

在失重的环境下所进行的定序实验相当具有挑战性，光是实验样本液体中的气泡就是个必须解决的问题。一般研究者本地球上进行实验时，液体中的气泡会自然而然的浮至液面顶端，透过离心就能够消除气泡，但在太空中失重的状态下，原本单纯的气泡问题变得麻烦许多。

来自小鼠、大肠杆菌及 λ 噬菌体（lambda phage，能够感染细菌的一种病毒）的 DNA 样本由天龙号太空船被送至国际太空站（Space X’s Dragon capsule）。在 Rubins 在太空中进行工作的同时，留本地球上的研究者也同时的本地球上进行样本定序。由于这两组实验的差别只在于环境的不同，利用太空站中微重力的环境和地球上的差别，将两者的结果互相对照，就能够找出重力对于实验的影响。目前两边的实验结果互相吻合，显示微重力环境对 DNA 并不造成太多影响。

这项研究计划的共同研究者，NASA 的微生物学家 Sarah Castro-Wallace 表示，在太空站上进行定序能够让太空船上的人员更了解他们所工作的环境中究竟有哪些生物体，并且让地球上的工作人员也能采取更适当的措施，有更详尽的资讯进行判断，是否需要进行环境清理，或者采用抗生素。太空站上所需的抗生素与杀菌剂可以随时从地球运输过去补充，但当太空人离开太空站到地球的反方向工作时，这些物资就变得十分珍贵，什么样的情况应该使用那些药品就必须要小心斟酌，避免浪费。

在最初几个 DNA 分子被成功定序时，Rubins 便表达了她的兴奋和喜悦。“欢迎来到太空中的系统生物学世界！和各位一起见证太空中基因体生物学以及系统生物学的黎明令人兴奋不已！”

• DNA sequenced in space for first time
• Astronauts sequence DNA in space for the first time

（图片来源：NASA）

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