Na putu prema Marsu astronauti bi lijekove mogli dobivati iz biljaka

Duge svemirske misije imaju problem koji se ne vidi na fotografijama raketa i svemirskih kapsula: lijekovi ne traju vječno. Novo istraživanje inženjera sa Sveučilišta Kalifornije u San Diegu pokazuje kako bi biljke jednoga dana mogle služiti kao obnovljiv izvor farmaceutskih spojeva u svemiru, bez stalnih pošiljki sa Zemlje i bez uništavanja samih biljaka.

Lijekovi u svemiru stare brže nego što misija traje

Za put prema Marsu nije dovoljno ponijeti kutiju lijekova i nadati se da će sve ostati upotrebljivo do povratka. Mnogi lijekovi u svemirskim uvjetima gube učinkovitost brže nego na Zemlji. Čak je i na Međunarodnoj svemirskoj postaji utvrđeno da više od polovice zaliha lijekova istječe unutar tri godine.

To je ozbiljan rok ako se govori o Marsu. Samo putovanje u jednom smjeru može trajati oko 200 dana, a posada bi zatim morala ostati dovoljno dugo da se otvori povoljan prozor za povratak. Redovita opskrba, kakvu danas poznajemo u niskoj Zemljinoj orbiti, na milijunima kilometara udaljenosti više nije realna opcija.

Zbog toga se sve više istražuje ideja da se dio medicinskih zaliha ne nosi kao gotov proizvod, nego proizvodi tijekom misije. Biljke su u tom smislu zanimljive jer uz svjetlost, vodu i hranjive tvari mogu stvarati složene biološke spojeve. One se već uzgajaju u svemiru, a u zatvorenim sustavima mogu pomoći i u kruženju vode i zraka.

Biljka ostaje cijela, a spoj se izvlači iz lista

Tim koji vodi Nicole Steinmetz sa Sveučilišta Kalifornije u San Diegu nije pokušao pokazati da će astronauti u svemiru uzgajati gotove lijekove na listovima biljaka. Ideja je praktičnija: proizvesti koristan farmaceutski spoj u biljci, zatim ga izvući bez uništavanja biljke.

Uobičajeni postupci za izdvajanje takvih spojeva često počinju rezanjem i usitnjavanjem listova. Biljni materijal pretvara se u gustu masu iz koje se zatim mora izdvojiti željeni proizvod. To je izvedivo u laboratoriju, ali zahtijeva opremu i obradu kakve je teško zamisliti u svemirskoj letjelici ili budućoj postaji daleko od Zemlje.

Istraživači su zato krenuli drugim putem. Iskoristili su apoplast, prostor unutar lista koji se nalazi izvan staničnih membrana i kroz koji biljka može izlučivati određene tvari. Umjesto da listove samelju, pokušali su iz tog prostora izvući tekućinu u kojoj se nalazi traženi spoj.

Postupak je razmjerno jednostavan. Listovi se urone u pufersku otopinu, stave u zatvorenu posudu i izlože vakuumu. Otopina tada ulazi u apoplast. Nakon toga se listovi stave u male posude i kratko zavrte u centrifugi, čime se tekućina s česticama CPMV-a izvlači natrag iz lista. Na kraju se tekućina propušta kroz filtar koji odvaja veće korisne čestice od sitnijeg biljnog materijala.

Prednost je u tome što listovi ostaju neoštećeni. Biljka može nastaviti rasti, a isti bi se organizam u načelu mogao koristiti više puta. Za dugu svemirsku misiju to je važna razlika: cilj nije potrošiti biljku kao sirovinu, nego je pretvoriti u mali, obnovljiv proizvodni sustav.

Eksperimentalni spoj dolazi iz biljnog virusa

Kao pokusni proizvod tim je koristio spoj koji Steinmetzin laboratorij proučava više od deset godina: virus mozaika crnookog graška, poznat kao CPMV. Riječ je o biljnom virusu koji inače napada mahunarke, ali u ovom istraživačkom kontekstu zanimljiv je zbog sposobnosti da potakne imunosni sustav na napad tumorskih stanica.

CPMV je pokazao snažne protutumorske učinke u pretkliničkim pokusima na miševima i u kliničkim studijama na psima s rakom. To ne znači da je riječ o gotovom lijeku za svemirske misije, nego o eksperimentalnom terapijskom spoju koji je prikladan za provjeru proizvodnog postupka.

Za proizvodnju CPMV-a istraživači su koristili Nicotiana benthamiana, biljku često upotrebljavanu u biotehnologiji, te crnooki grašak. Prednost takvih biljaka jest brzi rast i velika količina biomase u kratkom vremenu. Više biljnog materijala znači i više potencijalnog proizvoda.

U pokusu su istraživači uspjeli prikupiti i pročistiti čestice CPMV-a iz više od 50 biljaka za manje od dva sata. Za svemirski kontekst to je važan podatak, jer postupak mora biti brz, jednostavan i izvediv s ograničenom opremom.

Simulirani svemirski uvjeti nisu zaustavili proizvodnju

Istraživači su zatim provjerili što se događa kada se biljke uzgajaju u uvjetima koji oponašaju dio svemirskog okoliša. U suradnji s laboratorijem Maziara Ghazinejada, profesora strojarstva i zrakoplovnog inženjerstva na Sveučilištu Kalifornije u San Diegu, izradili su uređaj koji stalno okreće biljke i time smanjuje učinak gravitacijskog smjera. Takvi se uređaji koriste za simuliranje mikrotežinskih uvjeta.

Biljke su bile izložene i promjenama temperature te oksidacijskom stresu, kojim se pokušava oponašati dio učinaka svemirskog zračenja. U nekim slučajevima ti su stresni uvjeti čak blago povećali prinos CPMV-a.

Opdensteinen objašnjava da bi razlog mogao biti povezan s prirodom samog proizvoda. Budući da CPMV potječe od biljnog virusa, stres biljku može učiniti podložnijom infekciji, a time povećati količinu čestica koje istraživači žele prikupiti.

Pravi test ipak tek treba doći. Tim želi metodu ispitati na stvarnim svemirskim misijama. Prije toga moraju detaljnije proučiti kako svemirski uvjeti utječu na unos vode i hranjivih tvari u biljkama. U suradnji s Rocket Propulsion Laboratory na Sveučilištu Kalifornije u San Diegu ispitat će i kako lansiranje rakete utječe na sjeme i genetski materijal koji se koristi u postupku.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.