Enkele jaren geleden nam Clay Wang zijn kinderen mee naar het California Space Center om ze de spaceshuttle te laten zien. Maar kijkend naar Endeavour en denkend aan menselijke verkenning van de ruimte, vroeg de farmacoloog zich ook af: wat als het team halverwege Mars geen medicijnen meer had? Tijdens een driejarige missie naar Mars kunnen er veel dingen misgaan. En u kunt maar een beperkt aantal medicijnen meenemen.
"In het geval van voedsel kun je nauwkeurig voorspellen hoeveel astronauten nodig zullen hebben om te eten", zegt Wang. 'Dat kun je niet doen met medicijnen.'
Wat te doen als er een medicijn nodig is dat niet is ingebracht? Het probleem wordt verergerd door het feit dat veel medicijnen in de ruimte hun kracht verliezen en sneller kapot gaan dan op aarde.
Om deze redenen is Wang van mening dat toekomstige Mars-ontdekkingsreizigers hun eigen medicijnen moeten verbouwen. In zijn laboratorium aan de University of Southern California bereidt hij zich voor om een experiment uit te voeren om dit mogelijk te maken.
Als alles volgens plan verloopt, zullen een paar gelukkige exemplaren van paddenstoelen genaamd Aspergillus nidulans met een SpaceX-raket naar het internationale ruimtestation ISS reizen.
Dit specifieke type schimmel is essentieel voor biomedisch onderzoek. Wetenschappers hebben het genoom van A. nidulans wijd en zijd bestudeerd, maar er zijn nog onbekende delen over. De functies van veel genen zijn onbekend, en Wangs team hoopt dat kosmische stress genen zal helpen activeren en nieuwe componenten produceren. Als we A. nidulans als een fabriek beschouwen, "zijn veel van de machines in deze fabriek uitgeschakeld, dus we weten niet wat ze doen", legt Wang uit. "In de ruimte kunnen ze aanslaan."
In de meeste gevallen produceert A. nidulans slechts een paar klassen van verbindingen, maar Wang zegt dat zijn laboratorium ontdekte dat "ze verschillende natuurlijke producten produceren, afhankelijk van de omstandigheden waarin ze groeien." Het team hoopt dat de unieke stressvolle omstandigheden van de ruimte de creativiteit zullen stimuleren en ingrediënten zullen produceren die in medicijnen kunnen worden verwerkt. Dit zou zowel aardbewoners als astronauten in de ruimte helpen.
Promotie video:
Wang's team wil ook A. nidulans of andere paddenstoelen veranderen in fabrieken die in de ruimte een grote verscheidenheid aan medicijnen kunnen produceren. Maar eerst moeten ze zien hoe de hoge straling en lage zwaartekracht de planten zullen beïnvloeden. Welke verbindingen zullen ze produceren, in welke hoeveelheden? Welke genen worden geactiveerd, hoe worden ze onderdrukt?
Om erachter te komen, worden paddenstoelenmonsters voor enkele dagen naar een ruimtestation gestuurd en vervolgens ingevroren totdat ze terugkeren naar de aarde. Zodra de ruimtepaddestoelen terugkeren, zullen wetenschappers hun metabolieten, eiwitten en genexpressiepatronen vergelijken met die op aarde.
Onderzoekers zouden deze informatie vervolgens kunnen gebruiken om ruimte-resistente stammen van de schimmel, A. nidulans of andere soorten te kweken, als ze daarvoor betere kunnen vinden.
A. nidulans is bijvoorbeeld in staat om verbindingen te produceren die een lage botdichtheid bestrijden, een probleem dat astronauten plaagt die veel tijd buiten de zwaartekracht doorbrengen. Gewoonlijk produceert de schimmel deze verbinding in kleine hoeveelheden, maar door selectief stammen te kweken die grote hoeveelheden van deze verbinding produceren, kunnen wetenschappers productievere versies produceren.
Wang gelooft dat toekomstige ontdekkingsreizigers van Mars een paar sporen van elke soort kunnen nemen en deze naar behoefte kunnen laten groeien, waarbij ze in slechts 2-4 dagen medicijnen produceren. In tegenstelling tot planten hebben schimmels geen grond of speciale lichtomstandigheden nodig. Het enige dat nodig is, is voedselverspilling en wat water.
Vooruitkijkend kan genetische manipulatie schimmels helpen om allerlei soorten antibacteriële, antischimmel- en zelfs antikankermedicijnen te produceren op weg naar Mars en terug. Met hun hulp zou het mogelijk zijn om elk medicijn te maken dat is afgeleid van paddenstoelen.
"De grote doorbraak in de synthetische biologie is het vermogen om deze organismen te herprogrammeren", zegt Wang. "We kunnen ze niet alleen herprogrammeren, we kunnen ze ook gemakkelijk manipuleren."
Volgens Wang hoeven astronauten tenslotte niet eens een EHBO-doos mee te nemen. Als Mars-ontdekkingsreizigers geen griseowulfine meer hebben, stuurt de grondbesturing hen een e-mail met de gensequentie die is gebruikt om het medicijn te maken, en een DNA-synthesizer kan deze codes in een kunstmatige cel schrijven, die vervolgens het medicijn zal produceren.
Maar hoewel wetenschappers al DNA in kunstmatige cellen kunnen inschrijven, is de praktische toepassing van deze technologie nog tientallen jaren van ons verwijderd.
ILYA KHEL