Las implicaciones en Marte del muestreo con un biochip marcador de vida en Río Tinto (Huelva), y los detalles de SOLID3, un instrumento para detectar signos de vida en otros planetas. Estos dos estudios de investigadores del Centro de Astrobiología (INTA-CSIC) han sido seleccionado para su publicación en el primer número del año de la revista Astrobiology, y el primero en portada.
En el primer número de este año de Astrobiology se publican dos artículos realizados en el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), dirigidos por el investigador Víctor Parro. En uno de ellos se describe el instrumento SOLID3, un instrumento único equipado de un biosensor óptico basado en microarrays de anticuerpos y destinado a la detección in situ de vida en exploración planetaria.
En el otro trabajo, cuya foto viene en la portada de la revista, se explica una aplicación de la versión SOLID2 y del biochip LDCHIP200 (por Life Detector CHIP con 200 anticuerpos) realizada durante una campaña de muestreo y análisis en Río Tinto (Huelva).
En el CAB se comenzó hace varios años el desarrollo de SOLID (por “Signs Of LIfe Detector”). Se trata de un proyecto netamente multi y transdisciplinar donde biólogos, geólogos, químicos e ingenieros concentran sus esfuerzos en un objetivo común: desarrollo de instrumentación para exploración planetaria.
Se dispone ya de los prototipos de campo, el SOLID2 (15 kg) y SOLID3 (6.5 kg). Ambos han sido probados con éxito en varias campañas, como la realizada en el río Tinto por el CAB y NASA en el marco del proyecto MARTE o las realizadas recientemente por el grupo en Atacama (julio de 2009) y la Antártica (enero 2010) con SOLID3.
La parte esencial es el biochip LDCHIP, con un tamaño actual de 300 anticuerpos. SOLID es capaz de realizar desde el pre-procesado de muestras sólidas (suelos, rocas molidas, etc), reacción de las muestras con el biochip, y la detección de las señales positivas, y todo ello de forma remota.
“La mineralogía particular formada en las condiciones ácidas del Río Tinto ha demostrado ser un análogo de primer orden para los entornos acuosos de sulfato ácido de Marte”, afirma el investigador David Fernández-Remolar del CAB.
El estudio de este tipo de muestras mediante campañas in situ es fundamental para entender cómo se preservan las moléculas procedentes de los microorganismos que viven esas condiciones tan extremas y ayudan a entender o evaluar la posibilidad de procesos similares en Marte.
Uno de los principales objetivos de las misiones espaciales futuras, tanto por la NASA como por la Agencia Espacial Europea (ESA), tendrán un marcado carácter astrobiológico. En particular la búsqueda de moléculas de origen biológico actuales o que existieron en el Marte primitivo, es decir, biomarcadores moleculares, mediante instrumentación in situ.
El actual programa conjunto ESA-NASA ExoMars 2016-2018 pretende averiguar si la vida tuvo lugar alguna vez en Marte. La parte europea comprende un rover cuya carga de pago (PASTEUR) tiene como objetivo la búsqueda de restos de actividad biológica.
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Referencias bibliográfica:
Víctor Parro et al. “SOLID3: A Multiplex Antibody Microarray-Based Optical Sensor Instrument for In Situ Life Detection in Planetary Exploration” y “Classification of Modern and Old Río Tinto Sedimentary Deposits Through the Biomolecular Record Using a Life Marker Biochip: Implications for Detecting Life on Mars”. Astrobiology 11(1): 15-28 y 29-44, enero-febrero de 2011.
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Más información:
"Solid3: Un biosensor óptico basado en Microarrays de anticuerpos para la detección in situ de vida en exploración planetaria"
La búsqueda de señales inequívocas de vida en otros cuerpos planetarios es uno de los principales desafíos para la astrobiología. El hecho de no detectar moléculas orgánicas en la superficie de Marte mediante la medición de los compuestos volátiles después del calentamiento de la muestra, junto con los nuevos conocimientos de la química del suelo marciano, ha llevado a la comunidad astrobiológica a desarrollar nuevos métodos y tecnologías. Basado en la tecnología de microarrays de proteínas, hemos diseñado y construido una serie de instrumentos llamados SOLID (por "Signs of Life Detector") para la detección automática in situ y la identificación de sustancias o analitos a partir de muestras líquidas y sólidas (suelos, sedimentos, o en polvo). En este trabajo presentamos el instrumento SOLID3, que es capaz de realizar tanto inmunoensayos en sándwich como competitivos, y consta de dos unidades funcionales distintas: una Unidad de Preparación de la muestra (SPU) para diez extracciones diferentes mediante ultrasonidos, y una Unidad de Análisis de muestras (SAU) para inmunoensayos fluorescentes. La SAU se compone de cinco celdas de flujo diferentes, con un microarray de anticuerpos en cada una de ellas (con una capacidad de hasta 2000 puntos). También está equipado con un exclusivo paquete óptico, y un dispositivo CCD para la detección fluorescente. Hemos demostrado el funcionamiento de SOLID3 en la detección de una amplia gama de compuestos de tamaños moleculares, que van desde péptidos y proteínas hasta células enteras y esporas, con sensibilidades de 1-2 ppb (ng ml-1) para biomoléculas y de 104 a 103 unidades/ml para células y esporas. Se presenta su aplicación en la detección de microorganismos acidófilos en un ambiente análogo de Marte, el Río Tinto, y el informe de la ausencia de importantes efectos negativos sobre el inmunoensayo en presencia de 50 mM de perclorato (20 veces mayor que la encontrada en el sitio de aterrizaje de la sonda Phoenix, de NASA). Nuestro concepto de instrumento SOLID es una excelente opción para detectar biomoléculas en exploración planetaria, ya que evita los tratamientos de alta temperatura que pueden destruir la materia orgánica en presencia de oxidantes de la superficie de Marte.
"Clasificación de depósitos sedimentarios modernos y antiguos de Río Tinto a través del registro biomolecular mediante el uso de un biochip marcador de vida: implicaciones para la detección de vida en Marte"
La mineralogía particular formada en las condiciones ácidas del Río Tinto ha demostrado ser un análogo de primer orden para los entornos acuosos de sulfato ácido de Marte. Así pues, los estudios sobre la formación y preservación de firmas o rastros biológicos en el Río Tinto pueden proporcionan una visión de procesos equivalentes en Marte. Hemos caracterizado los patrones biomoleculares registrados en las muestras de sedimentos fluviales modernos antiguos a lo largo de un segmento del río mediante un inmunosensor con más de 200 anticuerpos (LDCHIP200, por Life Detector Chip) contra microorganismos, biomoléculas universales, o extractos bioquímicos del medio ambiente. Muestras de 0,3-0,5 g de material sólido se analizaron de forma automática in situ por el instrumento SOLID2 (Signs Of Life Detector), y los resultados fueron corroborados por un extenso análisis en el laboratorio. Las reacciones positivas antígeno-anticuerpo indicaban la presencia de cepas microbianas y de biopolímeros de alto peso molecular originados a partir de ellas. Los resultados de LDCHIP200 fueron cuantificados y sometidos a un análisis multivariante para obtener inmunoperfiles. Es posible asociar inmunoperfiles similares, y los marcadores biomoleculares, a muestras con la edad sedimentaria similar. Muestras de sedimentos fluviales modernos ricos en filosilicatos presentaban una fuerte reacción positiva con anticuerpos frente a bacterias del género Acidithiobacillus y en frente a extractos bioquímicos de sedimentos y biopelículas del Río Tinto. Estas muestras contenían altas cantidades de azúcares (principalmente polisacáridos) con monosacáridos como la glucosa, ramnosa, fucosa, etc. Por el contrario, los depósitos más antiguos, que son una mezcla de arenas clásticas y evaporitas, mostraron sólo algunos positivos con LDCHIP200, en consonancia con un menor contenido de proteínas y azúcares. Se concluye que los resultados de LDCHIP200 pueden establecer una correlación entre microambientes, etapas diagenéticas, y edad con el perfil de biomarcadores asociados a una muestra. Nuestros resultados ayudarían en la búsqueda de hipotéticos biomarcadores en depósitos ácidos con madurez diagenética similar en Marte. Nuestro LDCHIP y la serie de instrumentos SOLID pueden ser excelentes herramientas para la búsqueda de biomarcadores moleculares en Marte u otros planetas.
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