Rośliny jako apteki kosmiczne. Jeśli chcemy eksplorować kosmos, musimy nauczyć się tworzyć leki poza Ziemią

Jeśli chcemy wysyłać długotrwałe misje załogowe na Księżyc, Marsa i w inne odległe miejsca, musimy sprawić, by załoganci byli możliwie jak najbardziej samowystarczalni. Misje działające poza niską orbitą okołoziemską (LEO) nie mogą być zaopatrywane w ciągu kilku godzin. Statki kosmiczne nie mogą też zabrać na pokład zaopatrzenia na wiele miesięcy, a nawet lat wyprawy. Ekspedycje w głęboki kosmos będą musiały samodzielnie wytwarzać powietrze, wodę, żywność, paliwo i leki.

Kosmiczna botanika

Zdaniem naukowców z San Diego zabranie w kosmiczną podróż roślin mogłoby umożliwić produkcję leków. W opublikowanej niedawno pracy opisali prostą metodę wielokrotnego pozyskiwania substancji farmaceutycznych z roślin w warunkach mikrograwitacji, bez ich niszczenia i bez generowania dużych ilości odpadów.

Kluczem do odkrycia jest wirus mozaiki wspięgi (CPMV – Cowpea mosaic virus). Jest to bezpieczny dla ludzi patogen roślinny z rodziny Comoviridae, który zyskał ogromne znaczenie w nowoczesnej biotechnologii i nanomedycynie dzięki swojej unikatowej otoczce białkowej (kapsydowi). Puste kapsydy CPMV służą do precyzyjnego transportowania leków i znaczników fluorescencyjnych w organizmie, a jego bezpośrednia iniekcja do guzów nowotworowych silnie stymuluje układ odpornościowy do walki z rakiem.

– Wyhodowanie związku w tych roślinach jest proste – mogą one w krótkim czasie wytworzyć ogromną ilość biomasy. Największą trudnością jest wydobycie produktu: w efekcie otrzymuje się coś przypominającego smoothie, a sprzęt potrzebny do izolacji substancji zajmuje całe laboratorium. Nie da się go zmieścić na statku kosmicznym – wyjaśnia Patrick Opdensteinen, autor publikacji i badacz w laboratorium Steinmetz.

Wielokrotnie zbieranie pojedynczego liścia

Zespół znalazł elegantsze wyjście: zamiast niszczyć roślinę, zanurza jej liście w roztworze i przy pomocy próżni oraz wirowania wydobywa substancje czynne z przestrzeni między komórkami. Liść pozostaje nienaruszony i może być wielokrotnie „zbierany".

Metodę można łatwo skalować – zespół pozyskał i oczyścił CPMV z ponad 50 roślin w czasie krótszym niż dwie godziny. Co najważniejsze, sprawdza się ona też w symulowanych warunkach kosmicznych: mikrograwitacji, wahaniach temperatury i promieniowaniu. Stres wywołany przez te czynniki czasem wręcz zwiększa produkcję wirusa przez roślinę.

Tego typu rozwiązania są kluczowe dla kolonizacji Księżyca oraz długotrwałych misji marsjańskich. Sam lot na Marsa w sprzyjających warunkach trwa od 6 do 9 miesięcy w jedną stronę, a ponad połowa zabranych leków traci ważność w ciągu trzech lat w warunkach kosmicznych. Rośliny mogłyby produkować złożone związki terapeutyczne, potrzebując jedynie światła, wody i gleby – bez generowania odpadów. Metoda może też sprawdzić się na Ziemi, stając się niedrogim źródłem leków dla ubogich regionów i obszarów odciętych od normalnej infrastruktury medycznej.

Przyszłość kosmicznej farmaceutyki

Jak może wyglądać przyszłość produkcji leków poza Ziemią, pytamy dr. Maksymiliana Brzezickiego, lekarza akademickiego z Zakładu Neuroinżynierii i Medycyny Kosmicznej Uniwersytetu Zielonogórskiego, wykładowcy medycyny na Uniwersytecie Oksfordzkim oraz współpracownika Centrum Badań Kosmicznych PAN.

– Najprawdopodobniej rozwinie się model dwutorowy. Leki biologiczne – hormony jak parathormon, przeciwciała, szczepionki, immunoterapie nowotworowe – będą wytwarzane na miejscu w roślinach lub kulturach komórkowych. Atutem jest trwałość nasion, które można zabrać zamiast gotowego leku. Małe, chemicznie stabilne cząsteczki, jak leki przeciwbólowe i przeciwgorączkowe, nadal będą zabierane w tabletkach, bo dobrze się przechowują, a ich produkcja na miejscu wymaga wbudowania obcych szlaków metabolicznych do komórki. Tam, gdzie wytwarzanie na miejscu będzie się opłacać – jak podczas długich misji marsjańskich – cząsteczki będą powstawać w zmodyfikowanych mikroorganizmach w procesie fermentacji, wzorem przemysłowej produkcji w drożdżach. Krótko mówiąc: zamiast wozić całą apteczkę, przyszłe misje będą wiozły nasiona, szczepy mikroorganizmów i kompaktowe bioreaktory – mówi ekspert.

Dodaje, że kluczowe będą zoptymalizowane procesy inżynierii genetycznej z użyciem wektorów wirusowych i narzędzi takich jak CRISPR, kompaktowe metody oczyszczania produktów oraz drukarki 3D formujące spersonalizowane tabletki o dawce dopasowanej do konkretnego astronauty.

Źródło: Universe Today

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.