Будущие астронавты смогут выращивать в космосе некоторые лекарства, а не упаковывать их, согласно результатам нового исследования, представленного во вторник.
Исследовательская группа вырастила латук, который производит белок, используемый для лечения потери плотности костной ткани - ключевой проблемы здоровья астронавтов, долгое время живущих в условиях микрогравитации.
"Растения имеют ряд преимуществ" перед другими возможными способами получения лекарств вне Земли, - говорит Кевин Йейтс, кандидат наук в области химической инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе, представивший результаты исследования на весенней встрече Американского химического общества 2022 года. Его исследование является частью работы Центра NASA по использованию биологической инженерии в космосе (CUBES), который занимается использованием растений и микробов для производства ресурсов на лету во время освоения космоса.
Создание таких лекарств на Земле уже затруднено. Производители лекарств могут химически синтезировать белки, но этот процесс неэффективен, а также сложен и дорог, говорит Йейтс, и его невозможно осуществить в космосе. По этой причине текущие планы миссий предусматривают, что астронавты будут иметь при себе все необходимые лекарства. Несколько других предложений включают использование биореактора - своего рода резервуара, в котором микробы потребляют питательные вещества и превращают их в желаемый продукт - для создания полезных белков на космической станции. Но эти реакторы могут потребовать тонко настроенных условий, и их гораздо сложнее обслуживать, чем обычное садовое растение.
С растением, которое было генетически модифицировано для производства нужного препарата, все проще. "Вы буквально просто выращиваете растение", а затем собираете урожай, говорит Йейтс.
Подобные проекты могут быть реализованы и с другими растениями, но Йейтс говорит, что салат-латук является хорошей отправной точкой, потому что астронавты с зелеными пальцами уже выращивали много этого растения в космосе, в крошечном саду Международной космической станции. Еда из свежего салата также может принести пользу астронавтам, которые обычно питаются обезвоженной, предварительно упакованной пищей.
Изготовление припасов во время полета может сократить расходы и избежать радиационного поражения. Стоимость отправки припасов для астронавтов, особенно в длительных экспедициях, таких как полеты на Марс, огромна. Кроме того, существует проблема, что "фармацевтические препараты могут разрушаться в космосе" под воздействием радиации, говорит Йейтс.
Марсианская миссия продлится примерно три года, включая восемь месяцев пути к планете в каждую сторону. Даже заблаговременная отправка марсианских запасов рискует подвергнуть их многолетнему воздействию разрушительной радиации, которая может помешать работе лекарств.
Цель Йейтса - создать белок для борьбы с потерей костной массы у человека, используя только салат-латук. Этот белок, называемый паратиреоидным гормоном, естественно встречается у людей. Он используется для стимулирования роста костей, чтобы противостоять потере минеральной плотности костной ткани - остеопорозу - на Земле. Препарат под названием Forteo, синтетический аналог паратиреоидного гормона, был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами для лечения этого заболевания. Салат-латук производит аналогичный Фортео белок, который обычно вводится с помощью инъекций.
Йейтс выращивает различные линии растений и отбирает те, которые производят больше всего белка, чтобы максимизировать урожай. Исходя из того количества, которое он производит сейчас, салат-латук придется измельчить и очистить, чтобы ввести достаточное количество препарата. Но возможно, что в будущих версиях проекта "вы сможете просто съесть растение", - говорит он. Гормон был генетически модифицирован, чтобы его легче было усваивать людям, но Йейтсу еще предстоит убедиться в его полной безопасности, прежде чем пытаться скармливать его людям.
"Я думаю, что это блестящая концепция", - говорит Сьюзен Блумфилд, физиолог из Техасского университета A&M, которая изучала влияние микрогравитации на плотность костной ткани и не участвует в проекте по производству салата. По словам Блумфилд, доставка перорального лекарства через кислый желудок - это "ключевая проблема для любого лекарства", и съедобный подход должен быть преодолен.
По словам Йейтса, при дальнейших исследованиях возможно, что ученые найдут более простой способ введения гормона и получения его преимуществ.
Латук ромэн растет на Международной космической станции. НАСАНаш организм постоянно откладывает новое костное вещество для восстановления и строительства костей, в то время как костное вещество также реабсорбируется обратно в кровь. Но в космосе микрогравитация нарушает этот баланс. Большинство взрослых людей среднего возраста быстро теряют плотность костной ткани в условиях микрогравитации, говорит Блумфилд. Хотя физические упражнения, добавки витамина D и правильное питание значительно замедляют этот процесс, говорит она, потеря костной массы неизбежна независимо от того, сколько железа ежедневно накачивают космонавты.
Паратиреоидный гормон помогает костям быстрее восстанавливаться, хотя и не предотвращает потерю костной ткани. По словам Брумфилда, формирование костной ткани в условиях микрогравитации замедляется, но более серьезной проблемой является увеличение скорости потери костной ткани, поэтому в ходе будущих исследований необходимо выяснить, насколько паратиреоидный гормон может помочь во время пребывания в условиях микрогравитации.
Йейтс говорит, что эта технология будет полезна не только в космосе. Она также может привести к созданию более эффективных и дешевых способов производства лекарств на Земле, особенно в районах с ограниченными ресурсами. Компания Medicago, например, уже выращивает вакцинный материал COVID-19 в растениях.
Следующие шаги исследования Йейтса - проверить, что выращенный на растениях белок "ведет себя так, как мы ожидаем", и выяснить, безопасен ли он и эффективен для человека. Йейтс говорит, что он надеется, что исследователи получат шанс попытаться вырастить растения в условиях микрогравитации.
Блумфилд также говорит, что команде необходимо "попробовать животную модель, которая будет есть салат", чтобы увидеть, сколько белка может быть усвоено таким образом. Возможно, кролики станут первыми, кто попробует этот салат.