Когато космически кораб се намира на милиони километри от Земята, дори обикновена спешна медицинска ситуация може да се превърне в катастрофа. Лекарствата се разграждат по-бързо в космоса, отколкото на Земята. Всъщност проучвания на запасите от лекарства на Международната космическа станция показаха, че повече от половината от лекарствата на борда са изтекли в рамките на три години — време, което едва ли е достатъчно за пътуване до Марс и обратно, което отнема около 200 дни в една посока. Мисиите за презареждане не са опция, когато си дълбоко в междупланетното пространство.

Инженерите от Университета на Калифорния в Сан Диего смятат, че имат решение, и то е изненадващо нискотехнологично: отглеждайте лекарствата си, както отглеждате домати.

Новото им проучване, публикувано в Science of Plants, демонстрира прост метод за производство и многократно събиране на лекарства от живи растения при условия, подобни на космическите – без да се смилат растенията, без лаборатория, пълна със скъпо оборудване, и без да се генерират планини от биологични отпадъци.

Идеята за използване на растения за производството на лекарства не е нова. Новото в случая е да се намери начин това да се прави по достатъчно чист и компактен начин, за да бъде приложимо в космически кораб.

Екипът се съсредоточи върху съединение, което проучва от повече от десетилетие: вирусът на мозайката по кравето бобово растение (CPMV). Въпреки непривлекателното си име, CPMV е показал забележителна способност да активира имунната система и да я насочи към атакуване на тумори. Той е показал силни антитуморни ефекти при мишки и в клинични проучвания с кучета, болни от рак, а в момента съединението се проучва като терапевтично средство за хора.

За да създадат CPMV, изследователите използват два растителни вида: Nicotiana benthamiana (родственик на тютюна) и растения от вида чернооки грах. Растенията са особено ефективни в бързото извличане на съединението – колкото повече биомаса, толкова повече продукт. Препятствието винаги е било извличането му.

„Отглеждането на съединението в тези растения е просто“, казва първият автор на проучването Патрик Опденстейнен. „Те могат да произведат много биомаса за кратко време, а повече биомаса означава повече продукт. Основната трудност сега е да разберем как да извлечем продукта от растенията.“

Решението на екипа е вдъхновено от начина, по който бактериалните и бозайническите клетки се използват във фармацевтичното производство. Вместо да се раздробява целият организъм, той се стимулира да отделя желания продукт.

Растенията естествено отделят вещества в апопласта — мрежа от изпълнени с течност пространства между клетките, разположени в сърцевината на листата. Изследователите установиха, че могат да извлекат CPMV от апопласта, като оставят растението напълно непокътнато.

Въпреки това, чрез своите проучвания изследователите са открили как да осъществят успешно извличането. Листата се потапят в буферен разтвор и се поставят в запечатан контейнер. Прилага се вакуум, който напълва апопласта с течност. Напоените листа след това се поставят в малки епруветки и се центрофугират леко, като по този начин се извлича течността, наситена с CPMV. Получената течност се прекарва през филтър, който отделя по-големите вирусни частици от по-малките растителни остатъци.

Целият процес е бърз. Изследователите събраха и пречистиха CPMV от повече от 50 растения за по-малко от два часа. И тъй като листата остават живи, същите растения могат да бъдат събирани многократно — превръщайки ги във възобновяеми фармацевтични фабрики, работещи по заявка.

За да проверят дали методът действително ще се окаже ефективен извън Земята, екипът подложи растенията си на поредица от стресови фактори, наподобяващи космическите условия.

За да симулират микрогравитация, те си сътрудничиха с лабораторията на Катедрата по машинно и аерокосмическо инженерство на Университета на Калифорния в Сан Диего. Екипът ѝ обикновено използва машини за случайно позициониране – устройства, които непрекъснато въртят пробите, за да неутрализират ефекта на гравитацията – за да изследва как се държат материалите в космоса. Те изработиха специална машина за растенията. Растенията бяха изложени и на температурни колебания и оксидативен стрес, за да се имитират тежките ефекти на космическата радиация.

Резултатите бяха обнадеждаващи и понякога изненадващи. В някои случаи стресовите фактори всъщност увеличиха добива на CPMV. Изследователите смятат, че знаят защо. Растенията под стрес стават по-податливи на вирусни инфекции, а тъй като CPMV е растителен вирус, тази уязвимост работи в полза на изследователите. Подложете растението на лек стрес и то ще произведе повече от същото съединение, което се опитвате да съберете.

Снимка: Unsplash/David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Виж още: Хибридната суперкола Audi Nuvolari се появи с 350 км/ч и въпреки това никой не я очакваше