Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцины.

Технология информационной РНК или мРНК, используемая в вакцинах против COVID-19, работает, обучая наши клетки распознавать и защищать нас от инфекционных заболеваний.

Одна из проблем, связанных с этой новой технологией, заключается в том, что она должна храниться в холоде, чтобы сохранять стабильность во время транспортировки и хранения. Если этот новый проект окажется успешным, вакцины с мРНК на основе растений -; которое можно есть -; может решить эту проблему благодаря возможности хранения при комнатной температуре.

Цели проекта, ставшие возможными благодаря гранту в размере 500 000 долларов США от Национального научного фонда, преследуют три цели: показать, что ДНК, содержащая мРНК-вакцины, может быть успешно доставлена ​​в ту часть растительных клеток, где она будет реплицироваться, и продемонстрировать, что растения могут производить достаточно мРНК, конкурирующая с традиционным уколом, и, наконец, определение правильной дозировки.

«В идеале одно растение производило бы достаточно мРНК, чтобы вакцинировать одного человека», – сказал Хуан Пабло Хиральдо, доцент кафедры ботаники и растений UCR, который возглавляет исследование, проведенное в сотрудничестве с учеными из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Университет Диего и Карнеги-Меллона.

Мы тестируем этот подход со шпинатом и салатом и ставим перед собой долгосрочные цели – люди выращивают его в своих садах. Фермеры также могут в конечном итоге выращивать на нем целые поля ".

Хуан Пабло Хиральдо, доцент кафедры ботаники и растений, Калифорнийский университет в Риверсайде

Ключом к этой работе являются хлоропласты -; маленькие органы в клетках растений, которые преобразуют солнечный свет в энергию, которую растение может использовать. «Это крошечные фабрики на солнечной энергии, которые производят сахар и другие молекулы, которые позволяют растению расти», – сказал Хиральдо. «Они также являются неиспользованным источником для создания желаемых молекул».

В прошлом Хиральдо показал, что хлоропласты могут экспрессировать гены, которые в природе не являются частью растения. Он и его коллеги сделали это, посылая чужеродный генетический материал в клетки растений внутри защитной оболочки. Определение оптимальных свойств этих оболочек для доставки в растительные клетки является специальностью лаборатории Хиральдо.

Для этого проекта Хиральдо объединился с Николь Стейнмец, профессором наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы использовать разработанные ее командой нанотехнологии, которые доставляют генетический материал в хлоропласты.

«Наша идея состоит в том, чтобы использовать встречающиеся в природе наночастицы, а именно вирусы растений, для доставки генов растениям», – сказал Стейнмец. «Некоторые инженерные разработки направлены на то, чтобы заставить наночастицы попасть в хлоропласты, а также сделать их неинфекционными для растений»

Для Хиральдо шанс развить эту идею с помощью мРНК является кульминацией мечты. «Одна из причин, по которой я начал работать в области нанотехнологий, заключалась в том, что я мог применять ее на предприятиях и создавать новые технологические решения. Не только для продуктов питания, но и для дорогостоящих продуктов, таких как фармацевтика», – сказал Гиральдо.

Он также является соруководителем связанного с этим проекта с использованием наноматериалов для доставки азота, удобрения, непосредственно в хлоропласты, где растениям он нужен больше всего.

Содержание азота в окружающей среде ограничено, но растениям он необходим для роста. Большинство фермеров вносят в почву азот. В результате примерно половина его попадает в грунтовые воды, загрязняя водные пути, вызывая цветение водорослей и взаимодействуя с другими организмами. Он также производит закись азота, еще один загрязнитель.

Этот альтернативный подход позволит доставить азот в хлоропласты через листья и контролировать его высвобождение – гораздо более эффективный способ внесения, который может помочь фермерам и улучшить окружающую среду.

Национальный научный фонд выделил Хиральдо и его коллегам 1,6 миллиона долларов на разработку этой технологии адресной доставки азота.

«Я очень рад всем этим исследованиям», – сказал Хиральдо. «Я думаю, это может иметь огромное влияние на жизни людей»