Vor einigen Jahren brachte Clay Wang seine Kinder zum California Space Center, um ihnen das Space Shuttle zu zeigen. Doch als der Pharmakologe Endeavour betrachtete und über die Erforschung des Weltraums durch den Menschen nachdachte, fragte er sich auch: Was wäre, wenn dem Team auf halbem Weg zum Mars die Medikamente ausgehen würden? Während einer dreijährigen Mission zum Mars können viele Dinge schief gehen. Und Sie können nur eine begrenzte Anzahl von Medikamenten mitnehmen.
"Im Falle von Lebensmitteln kann man genau vorhersagen, wie viel Astronauten essen müssen", sagt Wang. "Das kann man mit Medikamenten nicht machen."
Was tun, wenn ein Arzneimittel benötigt wird, das nicht verabreicht wurde? Das Problem wird durch die Tatsache verschärft, dass in der Weltraumumgebung viele Drogen ihre Kraft verlieren und schneller abbauen als auf der Erde.
Aus diesen Gründen glaubt Wang, dass zukünftige Marsforscher ihre eigenen Medikamente anbauen sollten. In seinem Labor an der University of Southern California bereitet er ein Experiment vor, um dies zu ermöglichen.
Wenn alles nach Plan läuft, werden einige glückliche Pilzexemplare namens Aspergillus nidulans mit einer SpaceX-Rakete zur Internationalen Raumstation fliegen.
Diese besondere Art von Pilzen ist für die biomedizinische Forschung von wesentlicher Bedeutung. Wissenschaftler haben das Genom von A. nidulans weit und breit untersucht, aber unbekannte Teile sind noch vorhanden. Die Funktionen vieler Gene sind unbekannt, und Wangs Team hofft, dass kosmischer Stress dazu beiträgt, dass Gene neue Komponenten aktivieren und produzieren. Wenn wir uns A. nidulans als Fabrik vorstellen, „wurden viele Maschinen in dieser Fabrik ausgeschaltet, sodass wir nicht wissen, was sie tun“, erklärt Wang. "Im Weltraum können sie sich einschalten."
In den meisten Fällen produziert A. nidulans nur wenige Verbindungsklassen, aber Wang sagt, sein Labor habe festgestellt, dass "sie je nach den Bedingungen, unter denen sie wachsen, unterschiedliche Naturprodukte produzieren". Das Team hofft, dass die einzigartigen stressigen Bedingungen des Weltraums die Kreativität anregen und Inhaltsstoffe produzieren können, die in Medikamente eingearbeitet werden können. Dies würde sowohl Erdlingen als auch Astronauten im Weltraum helfen.
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Wangs Team möchte auch A. nidulans oder andere Pilze in Fabriken verwandeln, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Medikamenten im Weltraum herzustellen. Aber zuerst müssen sie sehen, wie sich die Bedingungen mit hoher Strahlung und niedriger Schwerkraft auf die Pflanzen auswirken. Welche Verbindungen werden sie in welchen Mengen produzieren? Welche Gene werden aktiviert, wie werden sie unterdrückt?
Um dies herauszufinden, werden Pilzproben für einige Tage an eine Raumstation geschickt und dann eingefroren, bis sie zur Erde zurückkehren. Sobald die Weltraumpilze zurückkehren, werden die Wissenschaftler ihre Metaboliten, Proteine und Genexpressionsmuster mit denen auf der Erde vergleichen.
Die Forscher könnten diese Informationen dann verwenden, um raumresistente Stämme des Pilzes, A. nidulans oder anderer Arten zu züchten, wenn sie bessere für den Job finden können.
Zum Beispiel ist A. nidulans in der Lage, Verbindungen herzustellen, die eine niedrige Knochendichte bekämpfen, ein Problem, das Astronauten plagt, die viel Zeit außerhalb der Schwerkraft verbringen. Normalerweise produziert der Pilz diese Verbindung in kleinen Mengen, aber durch selektive Züchtung von Stämmen, die große Mengen dieser Verbindung produzieren, könnten Wissenschaftler produktivere Versionen produzieren.
Wang glaubt, dass zukünftige Marsforscher ein paar Sporen von jedem Stamm nehmen und sie nach Bedarf züchten könnten, um in nur 2-4 Tagen Medikamente zu produzieren. Im Gegensatz zu Pflanzen benötigen Pilze keinen Boden oder besondere Lichtverhältnisse. Alles was es braucht ist Lebensmittelverschwendung und etwas Wasser.
Mit Blick auf die Zukunft könnte die Gentechnik Pilzen helfen, auf dem Weg zum Mars und zurück alle Arten von antibakteriellen, antimykotischen und sogar Krebsmedikamenten zu produzieren. Mit ihrer Hilfe wäre es möglich, jedes Medikament aus Pilzen herzustellen.
"Der große Durchbruch in der synthetischen Biologie ist die Fähigkeit, diese Organismen neu zu programmieren", sagt Wang. "Wir können sie nicht nur neu programmieren, sondern auch problemlos manipulieren."
Schließlich, sagt Wang, müssen Astronauten nicht einmal ein Erste-Hilfe-Set mitnehmen. Wenn Marsforschern das Griseowulfin ausgeht, sendet ihnen die Bodenkontrolle per E-Mail die Gensequenz, aus der das Medikament hergestellt wurde, und ein DNA-Synthesizer kann diese Codes in eine künstliche Zelle schreiben, die das Medikament dann produziert.
Obwohl Wissenschaftler bereits DNA in künstliche Zellen einschreiben können, ist die praktische Anwendung dieser Technologie mehrere Jahrzehnte von uns entfernt.
ILYA KHEL
