宇航员用CRISPR技术首次在太空中修复DNA

为了控制这些蛋白质切割DNA的位置，科学家们在Cas蛋白质中添加了一条特定的RNA链，并将其插入细胞中。

以RNA为向导，这种蛋白质将沿着DNA链行进，直到找到相应的序列并进行切割。在地球上，这种先进的方法已经被用于编辑医疗领域的植物、动物和人类细胞的基因。现在CRISPR技术已经交付给国际空间站，它的能力也得到了扩展。

作为“Genes In Space-6”实验的一部分，国际空间站(ISS)上的宇航员在普通酵母的DNA中制造了断裂，然后分析了其自我修复过程。

图1：美国宇航局宇航员克里斯蒂娜·科赫在国际空间站进行太空基因6号实验

在实验过程中，酵母的DNA被切断了两条链，造成了严重的损害。研究人员说，CRISPR被引入太空，并在国际空间站上进行第一次成功的基因组操作，扩大了未来DNA修复实验的可能性。

“Genes In Space-6”实验2018年由明尼苏达州的四名学生提出，当时他们参加全美竞赛，要求七年级到十二年级的孩子设计DNA分析实验。考虑到宇航员在太空中患癌症的风险增加，奥尔蒂（Aarthi Vijayakumar）、米歇尔（Michelle Sung）、丽贝卡（Rebecca Li）以及大卫（David Li）设计了这个实验。

在太空中遭受到的辐射增加有可能损害人类的DNA。在地球上，人体可以通过添加和删除DNA碱基来修复这种断裂，或者在不改变两个片段的情况下重新连接它们。然而，在“Genes In Space-6”实验之前，这些过程在微重力下还没有被研究过。

该研究的合著者、NASA下属约翰逊太空中心微生物学家莎拉·华莱士(Sarah Wallace)在一份声明中说：“了解一种修复方式是否不太容易出错具有重要意义。”

这些知识对宇航员可能是有益的，比如帮助任务规划者确定是否需要更多的辐射防护。根据华莱士的说法：“重要的是要了解辐射情况，以确保机组人员正受到保护，并帮助他们以最好的方式康复。”

图2：美国宇航局宇航员尼克·黑格使用微型PCR硬件探索太空辐射如何影响DNA

在国际空间站上拥有这项技术意味着，科学家可以分析在太空中遭受破坏的DNA，而不是依赖于从地球上被切割后送上空间站的样本。研究人员说，虽然CRISPR在太空中的使用原则相同，但它们需要针对太空环境进行量身定做。

该研究的主要作者萨拉·隆美尔(Sarah Rommel)也是约翰逊太空中心的微生物学家，她在声明中表示：“我们不能把地球上的东西不经任何改变就送入太空，因为我们必须保证机组人员和船上所有环境生命系统的安全。例如，我们为整个过程提供定制工具包，着眼于如何使用最少的安全材料获得最好的科学发现。”

隆美尔补充说：“我们已经可以证实，在太空中做这类研究并不太复杂。试验按照计划进行，并展示了预期结果。”

华莱士认为，要完全了解DNA在太空中的修复过程，还需要做更多的工作。但她强调，“Genes In Space-6”试验取得了成功。展望未来，“在太空中建立完整的分子实验室将会让我们在那里完成更多的研究”。