«Космический» салат может помочь астронавтам избежать потери костной массы

НАСА готовится отправить людей на Марс где-то в 2030-х годах. 3-летняя миссия подвергнет астронавтов длительному периоду микрогравитации, что приведет к потере ими костной массы. Но теперь ученые сообщают о трансгенном салате, который вырабатывает костестимулирующий гормон. Когда-нибудь астронавты смогут выращивать салат в космосе, что поможет бороться с потерей костной массы. Достаточно будет просто съесть большую миску салата. Исследователи также отмечают, что салат может помочь предотвратить остеопороз в районах с ограниченными ресурсами на Земле.

Исследователи представят свои результаты сегодня на весеннем собрании Американского химического общества (ACS). ACS Spring 2022 – это встреча, которая проводится виртуально и лично 20-24 марта, а доступ по запросу доступен с 21 марта по 8 апреля. На встрече будет представлено более 12 000 докладов по широкому кругу научных тем.

Предыдущие исследования астронавтов в длительных космических полетах показали, что они теряют в среднем более 1% костной массы за месяц, проведенный в космосе, – состояние, известное как остеопения. “Прямо сейчас астронавты на Международной космической станции имеют определенный режим упражнений, чтобы попытаться сохранить костную массу”, – говорит Кевин Йейтс, аспирант, который представляет эту работу на встрече. "Но обычно они не находятся на Международной космической станции более 6 месяцев. Однако,, чтобы добраться до Марса, требуется около 10 месяцев, а астронавты останутся там примерно на год, чтобы изучить планету, прежде чем отправиться домой на Землю".

3-летняя миссия может сделать астронавтов уязвимыми к остеопении, а затем и к остеопорозу. Препарат, содержащий пептидный фрагмент паратиреоидного гормона человека (ПТГ), стимулирует костеобразование и может помочь восстановить костную массу в условиях микрогравитации, но требует ежедневных инъекций. Транспортировать большие количества лекарств и шприцев и вводить их во время космических полетов нецелесообразно. Со Йейтс, доктора философии Сомен Нанди и Карен Макдональд, а также их коллеги хотели найти другой, более удобный способ для астронавтов, поэтому решили использовать вкусную зелень, которой сильно не хватает в консервированном и сублимированном рационе астронавтов.

“Астронавты могут носить трансгенные семена, которые очень крошечные — у них может быть несколько тысяч семян во флаконе размером с большой палец — и выращивать их точно так же, как обычный салат”, – говорит Нанди. – "Они могли бы использовать растения для синтеза фармацевтических препаратов, таких как ПТГ, по мере необходимости, а затем есть растения".

На Международной космической станции астронавты уже показали, что могут выращивать обычный салат в этой ограниченной ресурсами среде. Йейтс, Нанди и Макдональд из Калифорнийского университета в Дэвисе хотели разработать трансгенный салат, который экспрессирует пептид ПТГ в форме, которую можно было бы принимать перорально, а не инъекционно. Специальный салат также может помочь в лечении остеопении в регионах Земли, где нет доступа к традиционным лекарствам. Чтобы повысить стабильность и биодоступность ПТГ в организме, они прикрепили к последовательности ПТГ кусочек другого белка – фрагмент кристаллизуемого (Fc) домена человеческого антитела. Предыдущие исследования показали, что Fc-фрагмент увеличивает время циркуляции присоединенного пептида в крови, делая его более эффективным.

Исследователи ввели в салат ген, кодирующий PTH-Fc, заражая растительные клетки Agrobacterium tumefaciens — вид бактерий, используемых в лаборатории для передачи генов растениям. Они провели скрининг трансгенных растений салата и их потомства на выработку ПТГ-Фк. Предварительные результаты показывают, что в среднем растения экспрессируют около 10-12 миллиграммов модифицированного пептидного гормона на килограмм свежего салата. По словам Йейтса, это означает, что астронавтам нужно будет съедать около 380 граммов (около 8 чашек) салата в день, чтобы получить достаточную дозу гормона.

“Одна вещь, которую мы сейчас делаем, – это скрининг всех этих трансгенных линий салата, чтобы найти ту, которая имеет самую высокую экспрессию PTH-Fc”, – говорит Макдональд. “Мы только что посмотрели на некоторые из них и заметили, что в среднем они составляют 10-12 мг/кг, но мы думаем, что сможем увеличить их еще больше. Чем выше мы можем повысить экспрессию, тем меньше количество салата нужно будет употреблять”. Команда также хочет проверить, насколько хорошо трансгенный салат растет на Международной космической станции и производит ли он такое же количество ПТГ-Фк, как и на Земле.

Хотя исследователи еще не пробовали салат, потому что его безопасность не была установлена, они ожидают, что он будет очень похож на свой обычный аналог, как и большинство других трансгенных растений. Однако прежде чем трансгенный салат сможет украсить тарелки астронавтов, исследователи должны оптимизировать уровни экспрессии PTH-Fc, а затем протестировать салат на его способность безопасно предотвращать потерю костной массы на животных моделях и в клинических испытаниях на людях. Тем не менее, Йейтс предсказывает: “Я был бы очень удивлен, если бы к тому времени, когда мы отправим астронавтов на Марс, растения не использовались для производства фармацевтических препаратов и других полезных соединений”.