NASA正准备在2030年代的某个时候将人类送往火星。这项为期3年的任务将使宇航员暴露在长时间的微重力环境中，这意味着他们将失去骨量。但现在，科学家们报告称转基因莴苣能产生一种刺激骨骼的激素。
有朝一日，宇航员将可以在太空中种植这种生菜并帮助防止骨质流失--只需吃一大碗沙拉。此外，研究人员指出，这种生菜还可能有助于在地球上资源有限的地区避免骨质疏松症。
研究人员将在今天的美国化学学会(ACS)春季会议上展示他们的成果。ACS 2022年春季会议是一个混合会议，于3月20-24日以虚拟和现场的方式举行，3月21-4月8日可进行点播访问。会议有超12,000个关于广泛的科学主题的演讲。
以前对执行长期太空任务的宇航员的研究表明，他们在太空中每月会平均损失掉1%以上的骨量，这种情况被称为骨质疏松症。“现在，国际空间站上的宇航员有一定的锻炼计划以试图保持骨量，”正在会议上介绍这项工作的研究生Kevin Yates说道，“但他们在国际空间站上的时间通常不超过6个月。”相比之下，到达火星大概需要10个月的时间，宇航员在返回地球之前，将在火星上停留大约一年时间来研究这个星球。
3年的任务可能使宇航员容易患上骨质疏松症。一种含有人类甲状旁腺激素(PTH)多肽片段的药物可以刺激骨形成并可以帮助在微重力环境下恢复骨量，但它需要每天注射。在太空任务中运输大量的药物和注射器并进行注射是不现实的。因此，Yates、Somen Nandi博士、Karen McDonald博士和他们的同事想找到一种方法，即让宇航员自己生产这种药物--同时也享受一些美味的蔬菜，而宇航员的大部分罐头和冻干饮食中严重缺乏这种蔬菜。
“宇航员可以携带转基因种子，这些种子非常小--你可以在一个大约拇指大小的小瓶中拥有几千个种子--并且像普通生菜一样种植它们，”Nandi说道，“他们可以根据需要使用这些植物来合成药物如PTH，然后吃这些植物。”
在国际空间站，宇航员已经表明他们可以在这种资源有限的环境中种植普通的生菜。研究人员希望开发一种转基因生菜以一种可以口服而非注射的形式表达PTH肽。这种特殊的莴苣还可能有助于治疗地球上缺乏传统药物的地区的骨质疏松症。为了提高PTH在体内的稳定性和生物利用率，他们将另一种蛋白质的一部分即人类抗体的可结晶(Fc)结构域以连接到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环的时间使其变得更加有效。
研究人员通过用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)感染植物细胞以将编码PTH-Fc的基因引入莴苣。据悉，根癌农杆菌是实验室中用于将基因转移到植物的一种细菌。他们筛选了转基因莴苣植物及其后代的PTH-Fc生产。初步结果表明，平均而言，这些植物在每公斤新鲜莴苣中表达约10-12毫克的改性肽激素。Yates指出，这意味着宇航员每天需要摄入约380克的生菜来获得足够剂量的激素，假设生物利用率为10%左右，他承认这是一份量相当大的生菜。
McDonald说道：“我们现在正在做的一件事是筛选所有这些转基因生菜品系以找到PTH-Fc表达最高的品系。到目前为止，我们只是看了其中的几个，我们观察到平均为10-12毫克/千克，但我们认为我们可能能进一步提高这一水平。我们能提升的表达量越高，需要食用的生菜量就越小。”另外，该团队还希望测试转基因生菜在国际空间站上的生长情况以及它是否产生与地球上相同数量的PTH-Fc。
虽然研究人员还没有品尝过这种生菜--因为它的安全性还没有确定，但他们预计它的味道将会跟普通的生菜非常相似，就像其他大多数转基因植物一样。不过，在转基因生菜能够成为宇航员的盘子之前，研究人员必须优化PTH-Fc的表达水平，然后他们将在动物模型和人体临床试验中测试这种生菜安全预防骨质流失的能力。尽管如此，Yates预测称：“如果到我们把宇航员送上火星的时候，植物还没有被用来生产药品和其他有益的化合物，我对此将感到非常惊讶。”