Нанотехнологии могут превратить обычные съедобные растения в дозу мРНК-вакцины вместо укола в руку. Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на прививку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как шпинат и салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин.
Технология информационной РНК или мРНК, используется в современных вакцинах против уханьского вируса COVID-19.
Одна из проблем, связанных с этой новой технологией, заключается в том, что ее необходимо хранить в холодном состоянии для сохранения стабильности во время транспортировки и хранения. Если этот новый проект окажется успешным, вакцины с мРНК на основе растений, которые можно есть, смогут преодолеть эту проблему благодаря возможности хранения при комнатной температуре.
Цели проекта, ставшего возможным благодаря гранту в размере 500 000 долларов США от Национального научного фонда, заключаются в трех аспектах. 1 — показать, что ДНК, содержащая вакцины с мРНК, может быть успешно доставлена в ту часть растительных клеток, где она будет размножаться. 2 — продемонстрировать, что растения могут производить достаточно мРНК, чтобы конкурировать с традиционным уколом. 3-определить правильную дозировку.
“В идеале одно растение должно производить достаточно мРНК для вакцинации одного человека”, — сказал Хуан Пабло Хиральдо, доцент кафедры ботаники и наук о растениях Калифорнийского университета в Сан-Диего, который возглавляет исследование, проведенное в сотрудничестве с учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Карнеги-Меллона.
«Мы тестируем этот подход со шпинатом и салатом и ставим перед собой долгосрочные цели, чтобы люди выращивали его в собственных садах», — сказал Хиральдо.
«Фермеры также могут в конечном итоге выращивать на нем целые поля».
Как могут внедрить в растения мРНК-вакцины
Ключом к выполнению этой работы являются хлоропласты — небольшие органы в клетках растений, которые преобразуют солнечный свет в энергию, которую может использовать растение.
“Это крошечные фабрики на солнечной энергии, которые производят сахар и другие молекулы, позволяющие растению расти”, — сказал Хиральдо. “Они также являются неиспользованным источником для создания желаемых молекул”.
В прошлом Хиральдо показал, что хлоропласты могут экспрессировать гены, которые естественным образом не являются частью растения. Он и его коллеги сделали это, отправив чужеродный генетический материал в клетки растений внутри защитной оболочки. Определение оптимальных свойств этих оболочек для доставки в клетки растений является специальностью лаборатории Хиральдо.
Для этого проекта Хиральдо объединился с Николь Штайнмец, профессором наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы использовать нанотехнологии, разработанные ее командой, которые доставят генетический материал в хлоропласты.
«Наша идея состоит в том, чтобы перепрофилировать наночастицы природного происхождения, а именно вирусы растений, для доставки генов растениям», — сказал Штайнмец.
«Некоторые инженерные разработки направлены на то, чтобы заставить наночастицы попадать в хлоропласты, а также сделать их неинфекционными по отношению к растениям».
Внедрение нанотехнологий в производстве фармпрепаратов
Для Хиральдо возможность 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 их на заводах и создавать новые технологические решения. Не только для продуктов питания, но и для товаров с высокой добавленной стоимостью, таких как фармацевтические препараты”, — сказал Хиральдо.
Использованием наноматериалов для питания растений
Хиральдо также является одним из руководителей соответствующего проекта с использованием наноматериалов для доставки азота, непосредственно в хлоропласты, где растения нуждаются в нем больше всего.
Азот ограничен в окружающей среде, но растения нуждаются в нем для роста. Большинство фермеров вносят азот в почву. 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 позволил бы получать азот в хлоропласты через листья и контролировать его высвобождение, что является гораздо более эффективным способом применения, который мог бы 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 взволнован всеми этими исследованиями”, — сказал Хиральдо. “Я думаю, что это может оказать огромное влияние на жизнь людей”.
