SOLID

Desde sus inicios el CAB trabaja en la ciencia, el diseño, y la construcción del instrumento SOLID (Signs Of Life Detector o Detector de signos de vida) para la detección de biomarcadores moleculares en exploración planetaria.
Solid
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Página web del proyecto: https://auditore.cab.inta-csic.es/solid/

Publicaciones: https://auditore.cab.inta-csic.es/solid/publications/

Investigadores principales: Víctor Parro García IP1 y Mercedes Moreno Paz IP2

Equipo actual: Víctor Parro García (CAB), Mercedes Moreno Paz (CAB), Alberto González Fairén (CAB), Laura Sánchez García (CAB), David Ruano Gallego (CAB), María Ángeles Lezcano Vega (CAB), Rita Dos Santos Severino (CAB), Pedro Mustieles del Ser (Univ. Complutense de Madrid / CAB), Miriam García Villadangos (CAB), Andoni Moral Inza (Dpto. de Segmento de Vuelo, INTA), Juan Manuel Manchado Ortega (CAB), Raquel López Heredero (Dpto. de Óptica Espacial, INTA), José Antonio Rodríguez-Manfredi (CAB), Javier Gómez-Elvira (Dpto. de Cargas Útiles, INTA)

Proyecto del Grupo de Biomoléculas en exploración planetaria

Desde sus inicios, el Centro de Astrobiología trabaja en el diseño y construcción de SOLID (Signs Of LIfe Detector), un instrumento basado en un microarray de anticuerpos, creado para la detección e identificación de microorganismos y compuestos bioquímicos mediante el análisis in situ de residuos sólidos (suelos, rocas de tierra o hielo) y muestras líquidas.

SOLID es la materialización del proyecto “Detección de Biomoléculas en Exploración planetaria” financiado ininterrumpidamente por el Ministerio de Ciencia e Innovación desde 2004. La hipótesis de trabajo de SOLID se basa en la suposición de que, en condiciones ambientales parecidas, los organismos responden y se adaptan con estrategias y mecanismos moleculares similares. Si se conocen y entienden los entornos terrestres análogos a otros cuerpos planetarios y se pueden caracterizar algunas de las formas de vida y restos que dejan en el medio, así como desarrollar sistemas para la detección de los mismos, entonces se podría extrapolar esta metodología para la búsqueda de vida en exploración planetaria.

Se han realizado varios prototipos y actualmente disponemos de la versión SOLID3.1, capaz de detectar marcadores microbianos y compuestos de peso molecular grandes (sobre todo polímeros biológicos tales como proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos), así como compuestos de bajo peso molecular. El núcleo de SOLID es de un biosensor de microarrays de anticuerpos, llamado LDChip (Chip detector de Vida), capaz de albergar más de 300 anticuerpos diferentes para detectar un número similar de biomarcadores potenciales. Actualmente disponemos de más de 450 anticuerpos frente a cepas de bacterias y arqueas, extractos crudos poliméricos naturales, proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, y pequeñas moléculas tales como aminoácidos, o hidrocarburos aromáticos policíclicos.

SOLID consta de dos unidades funcionales y físicamente separadas en la versión 3.1: la unidad de preparación de muestras (SPU, por Sample Preparation Unit) para la recepción de la muestra, homogeneización, procesamiento, y filtrado; y la unidad de análisis de la muestra (SAU, por Sample Analysis Unit), que alberga el microarray biosensor de anticuerpos LDChip (Life Detector Chip) para realizar los ensayos inmunológicos. El diseño actual del instrumento consta de una SPU3.0 para 10 muestras, o una SPU3.1 de una celda de extracción reutilizable 10 veces.  El módulo SAU contiene la fluídica, la óptica, y 5 réplicas de LDChip para otros tantos análisis. Teniendo en cuenta este esquema de bloques, la distribución de masa es: SPU3.0 alrededor de 5,5 Kg, SPU3.1 4.5 kg, y SAU aproximadamente 2 kg.

La propuesta actual “Detección de Señales de Vida en Exploración Planetaria (SOLID)” (2019-2021) se basa en tres pilares principales: (1) Avanzar en la ciencia que apoya el concepto SOLID para la búsqueda de moléculas orgánicas complejas (bióticas y abióticas) como posibles dianas (aminoácidos aromáticos, péptidos prebióticos, otras moléculas) para su búsqueda en exploración planetaria; (2) El desafío científico-tecnológico de implementar el biosensor LDChip con la selección de los anticuerpos de mejor rendimiento de nuestra colección y la producción de nuevos, así como continuar las pruebas ya iniciadas en condiciones relevantes para el espacio y su validación en campañas en entornos terrestres;  (3) Actividades tecnológicas para mejorar el rendimiento de los diferentes componentes y subsistemas de la versión actual del instrumento (SOLID3.1) y su ensayo en condiciones relevantes para el espacio con el fin de aumentar el TRL (Technological Readiness Level) y poder optar con éxito a futuras propuestas de búsqueda de vida en exploración planetaria.

Así funciona SOLID: (1, 2) SOLID en la plataforma simulada de IceBreaker durante la campaña de colaboración con NASA-Ames a Río Tinto en 2017. La perforadora IceBreaker(1) extrae la muestra del subsuelo (hasta 1 m de profundidad) y el brazo robótico (2) alimenta a SOLID (3) en la celda de extracción de la SPU. En ese momento se acciona el funcionamiento remoto y automatizado: se añade la solución de extracción (4), se cierra y se procede a la homogenización/extracción mediante ultrasonicación (5), después de un filtrado por 10 micras se incuba con LDChip en la SAU (6). Tras el revelado con anticuerpos fluorescentes se obtiene una imagen con una cámara CCD (6) que es descargada y analizada en “Tierra” (7). Las réplicas de tres puntos fluorescentes (a-e) revelan la presencia de biomarcadores microbianos, muchos de ellos fragmentos de proteínas (péptidos) como muestra el esquema (8). Ab, anticuerpo capturador inmovilizado en LDChip; FTAb, anticuerpo fluorescente trazador; FSIA, Fluorescent Sandwich ImmunoAssay o Inmunoensayo fluorescnete en sándwich. Cada punto de LDChip tiene 120-150 micras de diámetro y contiene aproximadamente 10 millones de moléculas de anticuerpo esperando capturar estructuras moleculares para las que fueron “entrenados”. Se trata de anticuerpos policlonales, para aumentar la probabilidad de capturar los biomarcadores.

Así funciona SOLID: (1, 2) SOLID en la plataforma simulada de IceBreaker durante la campaña de colaboración con NASA-Ames a Río Tinto en 2017. La perforadora IceBreaker(1) extrae la muestra del subsuelo (hasta 1 m de profundidad) y el brazo robótico (2) alimenta a SOLID (3) en la celda de extracción de la SPU. En ese momento se acciona el funcionamiento remoto y automatizado: se añade la solución de extracción (4), se cierra y se procede a la homogenización/extracción mediante ultrasonicación (5), después de un filtrado por 10 micras se incuba con LDChip en la SAU (6). Tras el revelado con anticuerpos fluorescentes se obtiene una imagen con una cámara CCD (6) que es descargada y analizada en “Tierra” (7). Las réplicas de tres puntos fluorescentes (a-e) revelan la presencia de biomarcadores microbianos, muchos de ellos fragmentos de proteínas (péptidos) como muestra el esquema (8). Ab, anticuerpo capturador inmovilizado en LDChip; FTAb, anticuerpo fluorescente trazador; FSIA, Fluorescent Sandwich ImmunoAssay o Inmunoensayo fluorescnete en sándwich. Cada punto de LDChip tiene 120-150 micras de diámetro y contiene aproximadamente 10 millones de moléculas de anticuerpo esperando capturar estructuras moleculares para las que fueron “entrenados”. Se trata de anticuerpos policlonales, para aumentar la probabilidad de capturar los biomarcadores.

Campañas

Tanto LDChip como SOLID han sido probados en el laboratorio y en múltiples campañas de campo en algunos de los mejores y más representativos análogos terrestres de Marte, como la Antártida, Río Tinto (Huelva), el Desierto de Atacama (Chile), o los Andes Chilenos. Durante la campaña de colaboración con NASA-Ames Research Center ARADS2019 en el desierto de Atacama, se procedió a una simulación de operación de SOLID totalmente en remoto, con el centro de operaciones en Madrid y San Francisco. Las imágenes de SOLID-LDChip se recibían vía satélite y el equipo de ciencia las analizaba y decidía el procedimiento a seguir para nuevas muestras.

SOLID integrado en el Rover ARADS_2019 durante la campaña al Desierto de Atacama (Chile).
SOLID integrado en el Rover ARADS_2019 durante la campaña al Desierto de Atacama (Chile).
Rover ARADS_2019 con la instrumentación de IceBreaker durante las operaciones en el Desierto de Atacama.
Rover ARADS_2019 con la instrumentación de IceBreaker durante las operaciones en el Desierto de Atacama.

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