將植物送入軌道能產生新藥嗎?

許多地球上的研究都專注於合成化學品,但一些研究人員希望太空的壓力能提供新的見解

The International Space Station.

國際空間站。

這些試管看起來不太像地球。有四個試管插在一個白色的3D列印框架中,每個試管都裝著一株從實驗室製造的凝膠中發芽的細長植物。它之於花園,就像Soylent之於油封鴨配小土豆和混合蔬菜一樣。

但是,一旦插入鋁製金屬盒,被推進我們的大氣層之外,並接入國際空間站,這種裝置本應模擬我們世界的一切——除了一個重要的細節。

幾乎沒有重力。一個由生物學家和化學家組成的團隊希望,這種陌生的環境可能會促使這些植物宇航員產生新的、改進的藥物分子。


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這是一個很高的要求,因為幾十年前,製藥公司基本上已經放棄了草藥和樹木作為新藥的來源,轉而使用合成化學品。即使是肯塔基大學植物化學實驗室的負責人約瑟夫·查佩爾也稱其為“一個異想天開的想法”。

但得益於與當地一家名為Space Tango的萊剋星頓公司的合作(該公司幫助研究人員和公司在空間站上進行實驗),該團隊正在嘗試。

Space Tango的總部坐落在一棟過去曾作為醫院和傢俱倉庫的建築中。上週,該公司執行長特維曼·克萊門茨站在一些裸露的磚牆旁,列出了他已經送往太空的一些生物:渦蟲、黃粉蟲、果蠅。在他面前生長著將為其他客戶進入軌道的食用植物,在他的右邊,在一個線上出售的用於孵化蜥蜴的加熱器中,幾隻蜜蜂正在為它們自己的異世界飛行中的溫度波動做練習。

“我們不希望看到的是東西死亡,”他說。為了防止這種情況發生,該團隊在牆上的螢幕上監控來自其小型、模擬地球的實驗室的資料,並可以進行調整。其中一個監視器當時正在顯示一名宇航員小心翼翼地在空間站外操縱以安裝攝像頭的即時畫面,地球的藍色表面反射在它的鏡頭中。

這種遠離家園的方式可能會在21世紀改變我們最古老的藥物來源的觀念,這與我們最初如何使用植物作為治療方法的方式有所不同。

這些藥物分子通常被理解為植物對壓力的反應。例如,為了擺脫煩人的細菌或啃食樹葉的昆蟲,植物可能會產生一些與另一種生物的蛋白質相互作用的化學物質。當劑量合適時,這種化合物也可能與我們自身的內部化學物質相互作用,產生有益的效果——一種由酶的裝配線製造的威懾劑變成了治療方法。

該團隊提出,改變壓力,化學物質也可能會改變。這就是他們希望在國際空間站上發生的事情。

“將會有非常少的重力,啟用壓力反應,但也許是以他們從未被啟用過的方式啟用,”查佩爾實驗室的博士後蔡斯·肯平斯基說,他還作為Space Tango的植物生理學顧問義務工作。(該公司向實驗室提供“定期的、不受限制的財政捐助”,並免費將其材料送入軌道。)

科學家們想知道,新環境是否會改變基因的表達方式,從而改變被呼叫的酶的裝配線,從而改變最終產生的分子。肯平斯基和查佩爾指出,當渦蟲被切成兩半,然後送入太空時,再生生物學家在它們回來時看到了獨特的反應:一個長出了兩個頭,一些對光的反應與它們在地球上的同類不同。

不過,其他一些研究人員對此不太確定。

“任何植物物種所蘊含的潛力實際上是它們歷史的反映。它們能夠產生這些非凡的天然產物的方式是因為,在這個物種的歷史中,它一定非常重要,”麻省理工學院的生物學家王晶科說,他在懷特黑德研究所的實驗室致力於從植物產品中開發藥物。“如果你把它放在一個完全陌生的環境中,它不會自動給你在地球上找不到的新東西。”

英格蘭諾維奇約翰·英納斯中心的植物天然產物研究員凱西·馬丁說,“微重力是否是釋放植物中潛在或隱藏的代謝途徑的適當刺激,這一點完全不清楚。”

即使是這樣,任何新化合物的用途都將完全是碰運氣。“總的來說,很難預測哪些東西會改善,哪些東西會變得更糟,”塔夫茨大學的生物學家邁克爾·萊文說,他參與了將那些渦蟲送往空間站的行動。“如果第一次就讓植物變得更好,我認為這將是令人難以置信的,但這不是我們對任何人的第一次實驗的期望。”

到目前為止,肯塔基大學的團隊已經將種子送入低重力環境中。他們選擇的植物是一種來自馬達加斯加的長春花,重要的早期抗癌分子最初是從這種植物中分離出來的,還有纈草,一種帶有臭味的根,有時被作為補充劑來減少焦慮。

那些長途跋涉的種子已經在溫室中發芽,並且從外觀上看都很正常,長春花產生其習慣性的粉紅色花朵,而纈草則產生鋸齒狀的葉子。化學家們懷疑,它們在休眠狀態下的太空旅行不會對其化學性質產生太大改變。很快,他們將把它們磨碎以找出答案。

STAT許可重新發布。這篇文章最初發表於2018年6月22日

Eric Boodman is an award-winning journalist from Montreal who now lives near Boston. He is a reporter for STAT and his work has also appeared in The Atlantic and Discover Magazine.

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