有朝一日，宇航員將可以在太空中種植這種生菜并幫助防止骨質(zhì)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于在地球上資源有限的地區(qū)避免骨質(zhì)疏松癥。

研究人員將在今天的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS)春季會(huì)議上展示他們的成果。ACS 2022年春季會(huì)議是一個(gè)混合會(huì)議，于3月20-24日以虛擬和現(xiàn)場(chǎng)的方式舉行，3月21-4月8日可進(jìn)行點(diǎn)播訪問(wèn)。會(huì)議有超12,000個(gè)關(guān)于廣泛的科學(xué)主題的演講。

以前對(duì)執(zhí)行長(zhǎng)期太空任務(wù)的宇航員的研究表明，他們?cè)谔罩忻吭聲?huì)平均損失掉1%以上的骨量，這種情況被稱(chēng)為骨質(zhì)疏松癥。“現(xiàn)在，國(guó)際空間站上的宇航員有一定的鍛煉計(jì)劃以試圖保持骨量，”正在會(huì)議上介紹這項(xiàng)工作的研究生Kevin Yates說(shuō)道，“但他們?cè)趪?guó)際空間站上的時(shí)間通常不超過(guò)6個(gè)月。”相比之下，到達(dá)火星大概需要10個(gè)月的時(shí)間，宇航員在返回地球之前，將在火星上停留大約一年時(shí)間來(lái)研究這個(gè)星球。

3年的任務(wù)可能使宇航員容易患上骨質(zhì)疏松癥。一種含有人類(lèi)甲狀旁腺激素(PTH)多肽片段的藥物可以刺激骨形成并可以幫助在微重力環(huán)境下恢復(fù)骨量，但它需要每天注射。在太空任務(wù)中運(yùn)輸大量的藥物和注射器并進(jìn)行注射是不現(xiàn)實(shí)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(chǎn)這種藥物--同時(shí)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(yán)重缺乏這種蔬菜。

“宇航員可以攜帶轉(zhuǎn)基因種子，這些種子非常小--你可以在一個(gè)大約拇指大小的小瓶中擁有幾千個(gè)種子--并且像普通生菜一樣種植它們，”Nandi說(shuō)道，“他們可以根據(jù)需要使用這些植物來(lái)合成藥物如PTH，然后吃這些植物。”

在國(guó)際空間站，宇航員已經(jīng)表明他們可以在這種資源有限的環(huán)境中種植普通的生菜。研究人員希望開(kāi)發(fā)一種轉(zhuǎn)基因生菜以一種可以口服而非注射的形式表達(dá)PTH肽。這種特殊的萵苣還可能有助于治療地球上缺乏傳統(tǒng)藥物的地區(qū)的骨質(zhì)疏松癥。為了提高PTH在體內(nèi)的穩(wěn)定性和生物利用率，他們將另一種蛋白質(zhì)的一部分即人類(lèi)抗體的可結(jié)晶(Fc)結(jié)構(gòu)域以連接到PTH的序列中。以往的研究表明，F(xiàn)c片段增加了所附多肽在血液中循環(huán)的時(shí)間使其變得更加有效。

研究人員通過(guò)用根癌農(nóng)桿菌(Agrobacterium tumefaciens)感染植物細(xì)胞以將編碼PTH-Fc的基因引入萵苣。據(jù)悉，根癌農(nóng)桿菌是實(shí)驗(yàn)室中用于將基因轉(zhuǎn)移到植物的一種細(xì)菌。他們篩選了轉(zhuǎn)基因萵苣植物及其后代的PTH-Fc生產(chǎn)。初步結(jié)果表明，平均而言，這些植物在每公斤新鮮萵苣中表達(dá)約10-12毫克的改性肽激素。Yates指出，這意味著宇航員每天需要攝入約380克的生菜來(lái)獲得足夠劑量的激素，假設(shè)生物利用率為10%左右，他承認(rèn)這是一份量相當(dāng)大的生菜。

McDonald說(shuō)道：“我們現(xiàn)在正在做的一件事是篩選所有這些轉(zhuǎn)基因生菜品系以找到PTH-Fc表達(dá)最高的品系。到目前為止，我們只是看了其中的幾個(gè)，我們觀察到平均為10-12毫克/千克，但我們認(rèn)為我們可能能進(jìn)一步提高這一水平。我們能提升的表達(dá)量越高，需要食用的生菜量就越小。”另外，該團(tuán)隊(duì)還希望測(cè)試轉(zhuǎn)基因生菜在國(guó)際空間站上的生長(zhǎng)情況以及它是否產(chǎn)生與地球上相同數(shù)量的PTH-Fc。

雖然研究人員還沒(méi)有品嘗過(guò)這種生菜--因?yàn)樗陌踩赃€沒(méi)有確定，但他們預(yù)計(jì)它的味道將會(huì)跟普通的生菜非常相似，就像其他大多數(shù)轉(zhuǎn)基因植物一樣。不過(guò)，在轉(zhuǎn)基因生菜能夠成為宇航員的盤(pán)子之前，研究人員必須優(yōu)化PTH-Fc的表達(dá)水平，然后他們將在動(dòng)物模型和人體臨床試驗(yàn)中測(cè)試這種生菜安全預(yù)防骨質(zhì)流失的能力。盡管如此，Yates預(yù)測(cè)稱(chēng)：“如果到我們把宇航員送上火星的時(shí)候，植物還沒(méi)有被用來(lái)生產(chǎn)藥品和其他有益的化合物，我對(duì)此將感到非常驚訝。”