Todos os organismos expostos ao ambiente do voo espacial exibem mudanças na expressão de muitos genes em relação aos controles terrestres comparáveis deixados na Terra. O Multi-Spectral Fluorescence Imaging System (Spectrum) permite que os cientistas monitorem essas mudanças em tempo real, de forma não destrutiva, usando organismos vivos (plantas, bactérias, fungos, pequenos invertebrados).
Embora a expressão de alguns genes não mude no ambiente espacial, alguns são ativados em maior extensão e outros em menor extensão. Entender por que isso acontece tem grandes implicações tanto para as missões espaciais de longa duração quanto para obter uma melhor compreensão dos mecanismos básicos em funcionamento na vida na Terra. Por exemplo, alguns dos genes com respostas alteradas em voos espaciais desencadeiam respostas de defesa de plantas na Terra que são normalmente ativadas por patógenos e herbívoros.
A equipe de desenvolvimento de carga útil do Kennedy Space Center da NASA desenvolveu um instrumento do tamanho de um armário único (Spectrum) que facilita a avaliação desses fenômenos (e outros) de forma automatizada e requer tempo mínimo da tripulação.
O Spectrum é um sistema de imagem de fluorescência multi-espectral projetado para capturar a expressão gênica in vivo (ou seja, dentro de um organismo vivo) no ambiente de gravidade baixa a zero da Estação Espacial Internacional (ISS). Para permitir a detecção da expressão gênica, segmentos de DNA que codificam proteínas fluorescentes são inseridos no genoma do organismo ao lado dos genes de interesse, de modo que, quando esses genes são ativados, as proteínas fluorescentes também são produzidas. A detecção e monitoramento dessas proteínas fluorescentes permitirão à comunidade científica entender melhor as respostas biológicas desses organismos quando submetidos a ambientes espaciais.
O Spectrum reside em um rack EXpedite o Processamento de Experimentos para a Estação Espacial (EXPRESS), que fornece energia, dados e outros elementos necessários para executar experimentos científicos na ISS.
Para conter as amostras biológicas que serão observadas, o Spectrum acomoda placas de Petri padrão de 100 mm x 100 mm, placas de cultura de múltiplos poços de 128 mm x 82 mm e outros recipientes personalizados dentro de sua câmara de crescimento e imagem. Os investigadores principais (PIs) podem especificar o gerenciamento automatizado das propriedades da câmara e a coleta de informações do ambiente da câmara, incluindo imagens de 71 megapixels quase em tempo real de emissão fluorescente de organismos biológicos sob iluminação altamente uniforme.
Os PIs podem controlar a temperatura da câmara do espectro (18-37 ° C), umidade relativa (UR), concentrações de dióxido de carbono (variando entre 400 ppm até níveis ambientais ISS) e características da luz de crescimento. O espectro também pode remover compostos orgânicos voláteis (incluindo etileno até 25 ppb) do meio ambiente. O software Spectrum é completamente controlado por meio de comando de solo e os PIs podem modificar as condições do Spectrum durante os experimentos. Em um experimento típico, um astronauta carrega uma placa experimental com os organismos a serem estudados na unidade Spectrum; o sistema roda automaticamente controlando a temperatura e mudando as luzes de acordo com um programa desejado; e a câmera tira fotos conforme programado (por exemplo, a cada hora).
Os pesquisadores podem obter imagens de até cinco genes por vez, usando uma variedade de proteínas fluorescentes que indicam genes de interesse e filtros de luz de excitação e emissão que são facilmente substituíveis em órbita pela tripulação. O Spectrum também é equipado com imagens de fluorescência de clorofila para monitorar a saúde das plantas durante os experimentos.
A roda de filtros do Spectrum pode conter dez filtros de emissão e alternar rapidamente entre eles. A Fonte de Luz de Excitação (ELS) usa difusores para atingir uma iluminação uniforme de 80% das placas contendo as amostras biológicas. Filtros adicionais são fornecidos para suportar imagens coloridas e infravermelhas. Essa capacidade de alternar entre os filtros de emissão permite que os pesquisadores visualizem várias proteínas fluorescentes em uma única amostra.
Quatro placas de amostra podem ser montadas e giradas para imagens sequenciais. O ar da câmara é canalizado através do carrossel para suprimir a condensação no interior das tampas das placas de Petri. O carrossel é capaz de rotação contínua de até 33 rpm e é removível para permitir modificações futuras para exposições de gravidade parcial em órbita.
Para permitir o crescimento de organismos fotossintéticos, uma tampa de luz LED montada na parte superior é equipada com amplo espectro branco (400-750 nm), vermelho (630-660 nm), azul (400-500 nm) e verde (520-530 nm) LEDs com uma faixa de intensidade de 0-1000 micromoles.
O Spectrum é comandado do solo e coleta e armazena internamente imagens com carimbo de data / hora com a opção de fazer downlink de imagens e dados ambientais da câmara para avaliação quase em tempo real pela equipe de investigadores. Para acomodar os novos requisitos científicos, os PIs podem considerar modificações em certos componentes do Spectrum, incluindo o ELS, os Filtros de Emissão, lentes de câmera, sensores de câmara, conjuntos de carrossel e o cartucho de filtro de ar. O software Spectrum também pode ser modificado durante o vôo.
O Spectrum agora está disponível para experimentos na ISS, criando uma nova capacidade para vários tipos de investigações que irão promover os objetivos da NASA relativos à compreensão dos efeitos do voo espacial em organismos biológicos.
Publicado em 20/03/2021 18h01
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