宇宙レタスが宇宙飛行士に必要な薬局となる理由

火曜日に発表された新たな研究によれば、将来の宇宙飛行士は、特定の医薬品を宇宙で梱包するのではなく、栽培できるようになるかもしれない。

研究グループは、長期間にわたって微小重力下で生活する宇宙飛行士にとって重要な健康問題である骨密度の低下を治療するために使用されるタンパク質を生成するレタスを栽培した。

「植物には、地球外で薬を作る他の方法に比べて多くの利点がある」と、カリフォルニア大学デービス校の化学工学博士候補で、アメリカ化学会の2022年春の会議で研究を発表したケビン・イェーツ氏は言う。同氏の研究は、NASAの宇宙生物工学利用センター（CUBES）の一環であり、宇宙探査中に植物や微生物を使って即座に資源を作ることを目的としている。

こうした種類の薬を地球上で製造するのはすでに複雑だ。製薬会社はタンパク質を化学的に合成できるが、そのプロセスは非効率的で複雑かつ高価であり、宇宙で行うのは現実的ではないとイェーツ氏は言う。このため、現在のミッション計画では、宇宙飛行士が必要なすべての薬を携行することになっている。他のいくつかの提案には、微生物が栄養素を摂取して目的の製品に変えるタンクのようなバイオリアクターを使用して、宇宙ステーションで有用なタンパク質を生成することが含まれる。しかし、これらのリアクターは微調整された条件を必要とする可能性があり、平均的な庭の植物よりも維持がはるかに難しい。

目的の薬を生産するために遺伝子組み換えされた植物の場合、物事はもっと簡単です。「文字通り植物を育てて」、収穫するだけです、とイェーツ氏は言います。

同様のプロジェクトは他の植物でも可能だが、イェーツ氏は、園芸の達人である宇宙飛行士がすでに国際宇宙ステーションの小さな菜園でレタスをたっぷり栽培しているため、レタスは良い出発点だと語る。新鮮なレタスの食事は、通常、乾燥食品や包装済みの食品しか食べられない宇宙飛行士にとっても有益だ。

ミッション中に物資を製造すれば、コストを削減し、放射線による損傷を避けることができる。宇宙飛行士に物資を送るコストは、特に火星ミッションのような長期の探査では莫大だ。それに加えて、「宇宙では放射線の影響で医薬品が劣化する可能性がある」という問題があるとイェーツ氏は言う。

火星ミッションは、火星までの往復8カ月の移動を含めておよそ3年かかる。火星に補給物資を事前に投下したとしても、補給物資が何年にもわたって有害な放射線にさらされ、薬が効かなくなる恐れがある。

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イエーツ氏の目標は、レタスだけを使って人間の骨密度低下と戦うタンパク質を作ることだ。副甲状腺ホルモンと呼ばれるこのタンパク質は、人間の体内に自然に存在している。地球上では、骨密度の低下、つまり骨粗しょう症を防ぐために骨の成長を促すのに使われる。副甲状腺ホルモンに似た合成薬「フォルテオ」は、この病気の治療薬として食品医薬品局に認可されている。レタスは、通常は注射で投与されるフォルテオと似たタンパク質を作る。

イエーツ氏は、さまざまな系統の植物を育て、最も多くのタンパク質を生産する植物を選んで収穫量を最大化しようとしている。現在の生産量から判断すると、十分な量の薬を投与するにはレタスを粉砕して精製する必要がある。しかし、プロジェクトの将来バージョンでは「植物をそのまま食べられるようになるかもしれない」と同氏は言う。このホルモンは、人間が吸収しやすいように遺伝子操作されているが、イエーツ氏は、人間に食べさせる前に完全に安全であることを確認する必要がある。

「これは素晴らしいコンセプトだと思います」と、テキサス A&M 大学の生理学者で、微小重力が骨密度に与える影響を研究しているが、レタス プロジェクトには関わっていないスーザン ブルームフィールド氏は言う。経口薬を酸性の胃に通すのは「どんな薬にとっても大きな課題です」とブルームフィールド氏は言い、食用アプローチではこれを克服しなければならない課題だと語る。

さらなる研究により、研究者らはホルモンを投与し、その効果を得るためのより簡単な方法を見つける可能性があるとイェーツ氏は言う。

私たちの体は、骨を修復し、構築するために常に新しい骨質を蓄積し、同時に骨質は血液に再吸収されます。しかし、宇宙では、微小重力によりこのバランスが崩れます。ほとんどの中年成人は、微小重力下では骨密度が急速に低下するとブルームフィールド氏は言います。運動、ビタミンDサプリメント、適切な栄養によりこのプロセスは大幅に遅くなりますが、宇宙飛行士が毎日どれだけ鉄分を補給しても、骨量の減少は避けられません。

副甲状腺ホルモンは骨の再生を早めるが、骨量減少を直接防ぐわけではない。微小重力下では骨形成が遅くなるが、骨量減少の速度が速まることがより大きな問題だとブルームフィールド氏は言う。そのため、今後の研究では、微小重力下で副甲状腺ホルモンがどの程度役立つかを明らかにする必要があるだろう。

イェーツ氏は、この技術は宇宙で役立つだけではないと言う。地球上で、特に資源の少ない地域で、より良く、より安価な医薬品製造方法につながる可能性もある。例えば、メディカゴ社はすでに植物でCOVID-19ワクチンの原料を栽培している。

イェーツ氏の研究の次のステップは、この植物で育ったタンパク質が「期待通りに作用する」ことを検証し、人間にとって安全で効果的であるかどうかを調べることだ。イェーツ氏は、研究者たちが微小重力下で植物を育てる機会を得られることを期待しているという。

ブルームフィールド氏はまた、研究チームは「レタスを食べる動物モデルを試して」、その方法でタンパク質がどれだけ吸収されるかを調べる必要があると述べている。おそらくウサギがこのレタスを最初に試食することになるだろう。