NASA正準備在2030年代的某個時候將人類送往火星。這項為期3年的任務將使宇航員暴露在長時間的微重力環境中，這意味着他們將失去骨量。但現在，科學家們報告稱轉基因萵苣能產生一種刺激骨骼的激素。
有朝一日，宇航員將可以在太空中種植這種生菜並幫助防止骨質流失–只需吃一大碗沙拉。此外，研究人員指出，這種生菜還可能有助於在地球上資源有限的地區避免骨質疏鬆症。
研究人員將在今天的美國化學學會(ACS)春季會議上展示他們的成果。ACS 2022年春季會議是一個混合會議，於3月20-24日以虛擬和現場的方式舉行，3月21-4月8日可進行點播訪問。會議有超12,000個關於廣泛的科學主題的演講。
以前對執行長期太空任務的宇航員的研究表明，他們在太空中每月會平均損失掉1%以上的骨量，這種情況被稱為骨質疏鬆症。“現在，國際空間站上的宇航員有一定的鍛煉計劃以試圖保持骨量，”正在會議上介紹這項工作的研究生Kevin Yates說道，“但他們在國際空間站上的時間通常不超過6個月。”相比之下，到達火星大概需要10個月的時間，宇航員在返回地球之前，將在火星上停留大約一年時間來研究這個星球。
3年的任務可能使宇航員容易患上骨質疏鬆症。一種含有人類甲狀旁腺激素(PTH)多肽片段的藥物可以刺激骨形成並可以幫助在微重力環境下恢復骨量，但它需要每天注射。在太空任務中運輸大量的藥物和注射器並進行注射是不現實的。因此，Yates、Somen Nandi博士、Karen McDonald博士和他們的同事想找到一種方法，即讓宇航員自己生產這種藥物–同時也享受一些美味的蔬菜，而宇航員的大部分罐頭和凍干飲食中嚴重缺乏這種蔬菜。
“宇航員可以攜帶轉基因種子，這些種子非常小–你可以在一個大約拇指大小的小瓶中擁有幾千個種子–並且像普通生菜一樣種植它們，”Nandi說道，“他們可以根據需要使用這些植物來合成藥物如PTH，然後吃這些植物。”
在國際空間站，宇航員已經表明他們可以在這種資源有限的環境中種植普通的生菜。研究人員希望開發一種轉基因生菜以一種可以口服而非注射的形式表達PTH肽。這種特殊的萵苣還可能有助於治療地球上缺乏傳統藥物的地區的骨質疏鬆症。為了提高PTH在體內的穩定性和生物利用率，他們將另一種蛋白質的一部分即人類抗體的可結晶(Fc)結構域以連接到PTH的序列中。以往的研究表明，Fc片段增加了所附多肽在血液中循環的時間使其變得更加有效。
研究人員通過用根癌農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)感染植物細胞以將編碼PTH-Fc的基因引入萵苣。據悉，根癌農桿菌是實驗室中用於將基因轉移到植物的一種細菌。他們篩選了轉基因萵苣植物及其後代的PTH-Fc生產。初步結果表明，平均而言，這些植物在每公斤新鮮萵苣中表達約10-12毫克的改性肽激素。Yates指出，這意味着宇航員每天需要攝入約380克的生菜來獲得足夠劑量的激素，假設生物利用率為10%左右，他承認這是一份量相當大的生菜。
McDonald說道：“我們現在正在做的一件事是篩選所有這些轉基因生菜品系以找到PTH-Fc表達最高的品系。到目前為止，我們只是看了其中的幾個，我們觀察到平均為10-12毫克/千克，但我們認為我們可能能進一步提高這一水平。我們能提升的表達量越高，需要食用的生菜量就越小。”另外，該團隊還希望測試轉基因生菜在國際空間站上的生長情況以及它是否產生與地球上相同數量的PTH-Fc。
雖然研究人員還沒有品嘗過這種生菜–因為它的安全性還沒有確定，但他們預計它的味道將會跟普通的生菜非常相似，就像其他大多數轉基因植物一樣。不過，在轉基因生菜能夠成為宇航員的盤子之前，研究人員必須優化PTH-Fc的表達水平，然後他們將在動物模型和人體臨床試驗中測試這種生菜安全預防骨質流失的能力。儘管如此，Yates預測稱：“如果到我們把宇航員送上火星的時候，植物還沒有被用來生產藥品和其他有益的化合物，我對此將感到非常驚訝。”