Будущие астронавты смогут выращивать определенные лекарства в космосе.
Исследовательская группа выращивала салат, который производит белок, используемый для лечения потери плотности костей — ключевой проблемы со здоровьем для астронавтов, живущих в условиях микрогравитации в течение длительного времени.
У растений есть ряд преимуществ по сравнению с другими возможными способами производства лекарств за пределами планеты, говорит Кевин Йейтс, кандидат химических наук в Калифорнийском университете в Дэвисе, который представил исследование на собрании Американского химического общества весной 2022 года. Его исследование является частью Центра НАСА по использованию биологической инженерии в космосе (CUBES), который занимается использованием растений и микробов для создания ресурсов на лету во время исследования космоса.
Изготовление таких лекарств на Земле уже сложно. Производители лекарств могут химически синтезировать белки, но этот процесс неэффективен, а также сложен и дорог, говорит Йейтс. По этой причине текущие планы миссии требуют, чтобы астронавты брали с собой 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 требовать тонкой настройки условий, и их гораздо сложнее обслуживать, чем обычное садовое растение.
С растением, которое было генетически модифицировано для производства желаемого лекарства, все проще. «Вы буквально просто выращиваете растение, а затем собираете его», — говорит Йейтс.
Подобные проекты могли бы работать и с другими растениями, но Йейтс говорит, что салат является хорошей отправной точкой, потому что астронавты уже вырастили его в космосе, в крошечном саду Международной космической станции. Еда из свежего салата также может принести пользу астронавтам, которые обычно едят обезвоженную, расфасованную пищу.
Обеспечение припасами во время миссии может сократить расходы и избежать радиационного ущерба. Стоимость отправки припасов для астронавтов, особенно в длительных экспедициях, таких как миссии на Марс, огромна. Кроме того, есть проблема, что «фармацевтические препараты могут разлагаться в космосе» из-за радиации, говорит Йейтс.
Марсианская миссия продлится примерно три года, включая восемь месяцев пути до планеты в каждом направлении. Даже заблаговременная отправка марсианских запасов рискует подвергнуть запасы вредному излучению на годы, что, возможно, помешает работе медицины.
[См.: У НАСА большие планы на космические фермы]
Цель Йейтса состоит в том, чтобы произвести белок для борьбы с потерей костной массы человека, используя только листья салата. Белок, называемый паратиреоидным гормоном, естественным образом встречается у людей. Он используется для стимуляции роста костей, чтобы противодействовать потере минеральной плотности костей — остеопорозу — здесь, на Земле. Препарат Forteo, синтетический аналог паратиреоидного гормона, был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для лечения этого заболевания. Салат производит белок, аналогичный Forteo, который обычно вводят с помощью инъекций.
Йейтс выращивает различные линии растений и выбирает те, которые производят больше всего белка, чтобы максимизировать его урожайность. Судя по количеству, которое он производит сейчас, салат необходимо 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 адаптирован, чтобы его было легче усваивать людям, но Йейтсу все же нужно убедиться, что он полностью безопасен, прежде чем пытаться кормить им людей.
«Я думаю, что это блестящая концепция», — говорит Сьюзен Блумфилд, физиолог из Техасского университета A&M, которая изучала влияние микрогравитации на плотность костей и не участвует в проекте по выращиванию салата. По словам Блумфилда, прохождение перорального препарата через кислый желудок является «ключевой проблемой для любого лекарства», и съедобный подход должен будет преодолеть.
По словам Йейтс, с дальнейшими исследованиями исследователи, возможно, найдут более простой способ введения гормона и при этом получат его преимущества.
Наши тела постоянно откладывают новый костный материал для восстановления и построения костей, в то время как костный материал также снова всасывается в нашу кровь. Но в космосе микрогравитация нарушает этот баланс. По словам Блумфилда, большинство взрослых людей среднего возраста быстро теряют плотность костей в условиях микрогравитации. Хотя физические упражнения, добавки с витамином D и правильное питание значительно замедляют этот процесс, говорит она, потеря костной массы неизбежна, независимо от того, сколько железа ежедневно качают астронавты.
Гормон паращитовидной железы помогает костям быстрее восстанавливаться, хотя он напрямую не предотвращает потерю костной массы. Формирование костей замедляется в условиях микрогравитации, но увеличение скорости потери костной массы является более серьезной проблемой, говорит Брумфилд, поэтому будущие исследования должны будут выяснить, сколько паращитовидного гормона может помочь во время пребывания в условиях микрогравитации.
Йейтс говорит, что эта технология будет полезна не только в космосе. Это также может привести к лучшим и более дешевым способам производства лекарств на Земле, особенно в районах с низким уровнем ресурсов. Например, компания Medicago уже выращивает вакцинный материал COVID-19 в растениях.
Следующие шаги для исследования Йейтса-проверить, что этот растительный белок “ведет себя так, как мы ожидаем”, и выяснить, безопасен ли он и эффективен для людей. Йейтс говорит, что надеется, что исследователи получат шанс попытаться вырастить растения в условиях микрогравитации.
Блумфилд также говорит, что команде нужно “попробовать животную модель, которая будет есть салат”, чтобы увидеть, сколько белка может быть поглощено таким образом. Возможно, кролики будут первыми, кто попробует этот салат.
