给蔬菜打基因枪,吃下去治疗太空病

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说起药品生产，人们往往联想到种植药用植物的农田，抑或大型车间里的流水线。其实，随着现代技术的发展，未来产出药物的场地可能转向浩瀚的宇宙——例如，在火星上种植药用植物，是不是听上去就很酷炫？近日，美国《发现》杂志聚焦了这一前沿科技。

nasa研究项目

《发现》杂志写道，“火星种药”并非幻想，事实上，这是美国宇航局（nasa）“太空生物工程利用中心”（cubes）自年以来就在研究的问题。因为“治疗疾病，对于在地球以外建立定居点的人类而言，就像空气或食物一样至关重要。”

有人可能会问，为什么非得“火星种药”？在地球上量产药物，用宇宙飞船运到火星，不香吗？乍一看，这似乎是个办法，但存在几个问题。

第一，尽管我们知晓“人类探火”的部分健康风险（如低重力影响骨密度和肌肉质量、受到宇宙辐射等），但宇航员不可能“预知”所有患病种类。而为了“以策万全”给飞船装载不计其数的药品，无疑将占用宝贵的货用空间。

第二，地球和火星之间距离遥远，药品可能存在不能及时送达的问题。设想一下，如果救命药物或关键物资在飞船发射后多天才到达火星，那该多耽误事！

在上述背景下，科学家们萌生新思路：能否利用生物基因改造技术，在火星上直接种植药用植物？

《发现》杂志称，眼下，cubes正利用“合成生物学”的工具和技术实现这一梦想。合成生物学是一个科学领域，简单点说就是根据需要利用工程学构建新的生物有机体。

“如果能让‘可编程的生命体’创造价值，那么我们在离开地球、前往火星前就不必考虑每一种可能性。”cubes主任亚当·阿尔金表示，“如果我们能够创造一些可被种植的东西——基本上就像建设工厂一样——那么待人类登上火星后，就能降低成本，提高效率和弹性。”

“被改造”的莴苣

阿尔金设想的“工厂”，包括为植物(如莴苣和菠菜)和微生物(如螺旋藻)“编程”的技术，以生产稳定的治疗药物。作为cubes四大部门之一的食品和药物合成部(fpsd)，正探索几种不同方法，来最好地利用自然生物生产药物。

一种方法是，建立“种库”模型。具体过程是，对某种植物种子进行基因改造，使其能够产生目标分子（某种药物），然后把种子与宇航员一起送入宇宙飞船。在人类定居火星后，就可以种植这些被基因改造过的植物。人们可直接食用它们治疗疾病，也可提纯药用成分并注射到人体内，就像我们在地球上使用药物一样。

为了生产这类植物，fpsd使用一种叫做农杆菌转化法的传统技术。在这个过程中，一种名为根癌农杆菌的细菌被用作载体，将基因表达系统导入植物基因组。通过向目标植物引入新的dna，科学家能够诱导植物产生一种原本不会自然生成的治疗性蛋白质。

另一种方法是，根据宇航员在火星上可能需要的药物，进行基因合成和编码，或者从一种dna库中选择，然后直接向植物注入基因。

加州大学戴维斯分校化学工程教授、fpsd负责人卡伦·麦克唐纳说，“当你谈论合成生物学时，它的强大之处在于你可以合成dna以达到各种目的。因此我认为，在地球上拥有基因合成能力将是一个非常有价值的工具。”

《发现》杂志指出，基因经过人工合成后，就可根据需要，通过一种叫“基因枪”的工具直接导入植物。“‘基因枪’能将dna粒子射入叶子表面，穿透植物细胞壁，从而将基因物质导入生物体。”

目前，fpsd的主要项目之一，就是在莴苣类植物中生产一种蛋白肽，通过农杆菌转化来治疗骨质减少和骨质疏松症。通过多代繁殖，研究人员得以选择出产生最稳定剂量药物的植物样本。此外，该部门还考虑“改造”菠菜等其他绿叶蔬菜，从中获取所需的药用成分。不过，这项工作并非没有挑战，火星环境的特殊性就是挑战之一。

为“下一星球”作准备

麦克唐纳说：“作为工程师，我们在限制条件下进行研究，但在地球所面临的限制条件与在火星执行任务时完全不同。”

她的团队面临两个相互关联的挑战：一是如何更廉价而有效地从植物中提纯化合物，让宇航员可以安全注射；二是确定有多少药物能真正进入血液。

麦克唐纳说，宇航员可能需要将一些诊断设备运至火星，以确保药物经过净化，可以安全食用。

虽然cubes的这项工作着眼于外太空的恒星，但对地球上人类的生存也有重要意义。阿尔金认为，在未来几十年，随着气候变化加剧、全球人口增加，地球上的自然资源会不断减少。cubes的研究或许能带来启发：可否通过改变饮食和种植方式，适应未来生存环境。

“地球变化的速度是如此之快，以至于我们必须研究‘（人类居住的）下一个星球’的问题。”阿尔金说，“如果我们能在火星上建造自给自足的工厂，通过对二氧化碳、光、废弃物的利用，为10个人提供食物、燃料、药品和建筑材料，将为人类带来巨大益处，为开拓下一个星球奠定基础。”

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