它們有了“超能力” 日本JAXA致力於研究“太空蛋白質”

蛋白質晶體在空間站Kibo模塊的微重力下形成。圖片來源：日本宇宙航空研究開發機構

各公司競相研發來自太空的奇異玻璃纖維：ZBLAN。圖片來源：國際空間站美國國家實驗室官網

我們有幸生活在地球上，這是一個有大氣保護、中等溫度且有所謂“相對正常”的重力水平的地方。如果我們到一個條件不同的地方，日子可能不會這麼好過。

例如在太空中。太空中幾乎沒有重力，人們的骨骼會變得脆弱，甚至不知道自己是否餓了，因為人們在沒有重力的情況下無法感覺到自己的身體正在發生什麼變化。因此，零重力對人類來說並不友好。然而，這並不意味著一切都會在失重狀態下“宕機”。事實上，有些東西反而變得更強大了。

缺陷更少的光纖材料

“超純氟化物”（ZBLAN）是一種特殊光纖材料，主要用於醫療產品、光纖激光器和近紅外等領域，長期以來一直被認為是太空制造業的杰出產品。

根據美國國家航空航天局（NASA）的研究，在微重力環境下制造的ZBLAN，比在地球重力作用下制造的更加光滑、清晰，還可能防止缺陷的出現。

據太空新聞網2月23日最新消息，美國硅谷初創公司“缺陷光子學”兩周內在國際空間站（ISS）上生產了超過5公裡的ZBLAN，其目標是利用ZBLAN制造海底電纜。ZBLAN比二氧化硅（海底通信電纜中的光纖玻璃）透明得多，透明度的提高意味著信號衰減更少。未來，該公司計劃在太空中利用微重力繼續制造更多的預成型件。

更加堅固的微重力水泥

水泥是人們建房子所需的最基本材料。據2019年發表在《天文學雜志》上的論文，ISS的宇航員首次在微重力環境中成功地混合了水泥。結果出人意料：與地球上加工的水泥相比，空間站上加工的水泥樣品的微觀結構發生了很大變化。

研究人員將水泥的基本成分送到ISS，然后將水和水泥的主要礦物成分硅酸三鈣在袋中混合，通過水化過程使其硬化42天。結果表明，微重力混合的水泥確實能像在地球上一樣固化。

地球上的水泥由於重力作用具有分層結構，而ISS缺乏重力，因此混合水泥的密度非常均勻，這意味著太空水泥更加堅固。同時，太空水泥存在著更多的空隙，孔隙度也會明顯影響水泥材料的性能。這一結果標志著人類向“在月球上就地建房”這一目標邁出的重要一步。

“異形”再生的雙頭扁虫

第一批被送上太空的動物並不是名叫“萊卡”的流浪狗，而是一群果蠅。1947年2月20日，果蠅搭乘V-2火箭登上了臨界太空，然后返回並存活下來。科學家試圖探索太空的輻射環境對有機體的影響，因此選擇了在基因上與人類相似的果蠅。今天，人們仍然用火箭運送簡單的無脊椎動物，只是為了看看會發生什麼。

據ISS美國國家實驗室官方網站介紹，2015年1月10日，15條扁虫通過SpaceX-5商業補給任務發射升空。這些扁虫被切掉頭部和尾部，安置在一個一半充滿空氣、一半充滿水的管子裡，然后在ISS待了5周。扁虫是種具有很強斷肢再生能力的動物，將一隻扁虫腰斬，斷肢能分別發育成兩個完整的個體。然而返回地球后，它們發生了神奇的變化，直接從一個軀干長出了兩個頭。

惶恐的科學家把扁虫的兩個頭都切掉后，結果兩個頭又長了出來。太空永久地改變了這些扁虫。科學家希望通過研究扁虫上天前后的變化，了解太空環境對人體的影響。

性能更強的“太空蛋白質”

當人們在太空中制造藥物時，藥物性能也會變得更強大。

蛋白質晶體生長實驗是太空飛行活動中的重要項目。在地面上，受重力影響，單一純淨的蛋白質晶體很難制成，而太空中獨特的微重力環境能讓蛋白質更加舒展、充分地結合，更好地過濾雜質，最終形成納米級、高純度、高均勻度的蛋白質晶體。

NASA一直致力於ISS的蛋白質晶體生長實驗。截至2021年，制藥公司和學術研究人員已在ISS進行了500多項蛋白質晶體生長實驗，這是迄今為止在空間站進行的最大的單一類別實驗。他們對蛋白質晶體進行了修改，促進了一種治療結核病的新藥的發現，同時還找到了新的抗癌藥物輸送機制。

日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）也是活躍於微重力蛋白質晶體生長研究的機構之一。其中一項研究檢查了與杜氏肌營養不良症相關的蛋白質的晶體結構。微重力結晶研究產生了幾種有前途的化合物，包括一種名為TAS-205的分子。

此外，大型制藥公司也越來越重視微重力環境下晶體生長為藥物研發帶來的益處。例如，默沙東公司的PD-1藥物就源於ISS的蛋白質純化與結晶試驗。早在2019年，默沙東就發表研究報告稱，微重力條件下的蛋白質結晶提高了其腫瘤藥物Keytruda的效力。據今年2月最新消息，該藥物2023年銷售額已超過修美樂，成為全球新晉“藥王”。(記者 張佳欣)