菌類と合成生物学が火星の宇宙飛行士を救う

数年前、クレイ・ワンさんは子供たちをカリフォルニア宇宙センターに連れて行き、スペースシャトルを見せた。しかし、エンデバー号を見上げながら人類の宇宙探査について考えていたとき、薬理学者のワンさんは「火星への途中で乗組員の薬が尽きたらどうなるだろう？」と考えた。

火星への3年間のミッションでは、さまざまな問題が発生する可能性があり、持ち込める医薬品の量には限りがある。「食料については、宇宙飛行士がどれだけ食べる必要があるかを正確に予測できます」とワン氏は言う。「医薬品は予測できません。」

梱包されていない薬が突然必要になったらどうなるでしょうか? 宇宙環境では、地球上の薬に比べて多くの薬の効力が失われ、劣化が早くなるという事実が、問題をさらに複雑にしています。

これらはすべて、将来の火星探検家が自ら薬を育てる必要があるかもしれないとワン氏が考える理由だ。そして南カリフォルニア大学の同氏の研究室は、それを可能にする道を開くかもしれない実験を開始しようとしている。

すべてが計画通りに進めば、アスペルギルス・ニデュランスと呼ばれる菌類の幸運なサンプルが金曜日にスペースXのロケットに乗せられ国際宇宙ステーションに運ばれることになる。

将来の火星探検家は、自ら薬を育てる必要があるかもしれない。

この菌類は生物医学研究において重要な存在です。科学者は基本的にA. nidulansのゲノムを隅々まで知っていますが、謎に包まれた部分もあります。多くの遺伝子の機能は不明で、王氏のチームは宇宙環境のストレスがそれらの遺伝子を活性化し、新しい化合物を生成することを期待しています。A . nidulans を工場に例えると、「工場の多くの機械の電源がオフになっているようなもので、何を作るのかわかりません」と王氏は言います。「宇宙では、機械がオンになるかもしれません。」

ほとんどの場合、 A. nidulans は数種類の化合物しか生成しませんが、王氏は研究室で「生育環境に応じて異なる天然物質を生成する」ことを発見したと言います。研究チームは、宇宙の独特でストレスの多い環境が菌類の創造性を刺激し、薬にできる化合物を生成することを期待しています。それは地球人だけでなく宇宙にいる宇宙飛行士にも役立つ可能性があります。

ワン氏のチームはまた、 A. nidulansや他の菌類を宇宙で多種多様な医薬品を製造できる工場にしたいと考えている。しかし、まずは宇宙ステーションの高放射線、低重力環境が菌類にどのような影響を与えるかを調べる必要がある。菌類はどのような化合物をどのくらいの量生成するのか。どの遺伝子が活性化され、どの遺伝子が抑制されるのか。

それを知るために、研究者たちは菌類のサンプルを宇宙ステーションに送り、数日間培養した後、地球に送り返すまでサンプルを冷凍する。宇宙菌類が戻ったら、研究者たちはその代謝産物、タンパク質、遺伝子発現パターンを地上に保管されていたサンプルと比較する。

次に、研究者たちはその情報を活用して、宇宙耐性があり、医薬品を生産する菌類の株（ A. nidulansまたは、その仕事により適した他の種）を育成することができるだろう。

たとえば、 A. nidulans は、低骨密度と戦う化合物を生成できます。これは、地球の重力の外で長い時間を過ごす宇宙飛行士を悩ませる問題です。通常、菌類はこの化合物を少量しか生成しませんが、より大量の物質を生成する菌株を選択的に繁殖させることで、研究者はより強力なバージョンを開発できます。他の菌株は、他の種類の化合物を生成するように開発されるでしょう。

「大きな進歩は合成生物学、つまりこれらの生物を再プログラムする能力です。」

王氏は、将来の火星探査者が各菌株の胞子を数個持ち、必要に応じて増殖させ、わずか 2 ～ 4 日で薬を生産することを思い描いている。また、植物とは異なり、菌類は土壌や特別な照明条件を必要としない。必要なのは、食べかすと少量の水だけだ。

さらに将来的には、遺伝子工学により、火星への往復の旅の途中で菌類があらゆる種類の抗菌剤、抗真菌剤、さらには抗がん剤を生産できるようになるかもしれない。コレステロール薬のロバスタチン、免疫抑制剤のシクロスポリン（臓器移植の拒絶反応を防ぐのに使用）、水虫やその他の真菌感染症の予防に役立つグリセオフルビンなど、菌類由来のあらゆる天然薬を生産できる可能性がある。

「大きな進歩は合成生物学、つまりこれらの生物を再プログラムする能力です」とワン氏は言う。「再プログラムできるだけでなく、かなり簡単に操作することもできます。」

ワン氏によると、最終的には宇宙飛行士は胞子が詰まった薬箱を宇宙に持ち込む必要さえなくなるかもしれない。火星探査機のグリセオフルビンが不足した場合、地上管制局は薬の製造に使用した遺伝子配列を彼らに電子メールで送信し、DNA合成装置でそのコードを人工細胞に書き込んで薬を製造できるようになる。

しかし、科学者たちはすでに人工細胞に DNA を書き込むことはできるものの、この技術の実用化には数年、あるいは数十年かかるかもしれない。今週の打ち上げで、ワン氏と彼のチームは、このアイデアを現実にするための種 (あるいは胞子) を植えることになる。