Салат-вакцина от COVID-19: новейшая научная разработка

В будущем, чтобы получить вакцину, возможно, будет достаточно лишь съесть салат. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству вакцин против мРНК. Технология мессенджерной РНК или мРНК, используемая в вакцинах 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 её необходимо хранить в холодном состоянии для поддержания стабильности во время транспортировки и хранения. Если этот новый проект будет успешным, вакцины на основе мРНК растений, которые можно будет употреблять в пищу, 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 трёх аспектах: показать, что ДНК, содержащая вакцины с мРНК, может быть успешно доставлена в ту часть растительных клеток, где она будет реплицироваться; продемонстрировать, что растения могут производить достаточно мРНК, чтобы конкурировать с традиционным уколом; и, наконец, определить правильную дозировку.

Фото: Хлоропласты (пурпурного цвета) в листьях, экспрессирующие зеленый флуоресцентный белок. ДНК, кодирующая белок, была доставлена целевыми наноматериалами без механической помощи путём нанесения капли нанопрепарата на поверхность листа. Фото: Израиль Сантана/Университет Калифорнии в Риверсайде.

Выращивание в вашем саду

«В идеале одно растение должно производить достаточное количество мРНК для вакцинации одного человека», - сказал Хуан Пабло Хиральдо, доцент кафедры ботаники и наук о растениях Калифорнийского университета в Риверсайде, который возглавляет исследование, проведенное в сотрудничестве с учёными из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Карнеги-Меллона. «Мы тестируем этот подход со шпинатом и листьями салата и ставим перед собой долгосрочные цели, чтобы люди выращивали его в своих собственных садах», — сказал Хиральдо. «Фермеры также могли бы в конечном итоге выращивать целые поля этого растения».

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 производить гены, которые естественным образом не являются частью растения. Он и его коллеги выянили 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.

Фото: Вирусы растений обеспечивают естественные наночастицы, которые используются для доставки генов в клетки растений. Фото: Николь Штайнмец/Университет Сан-Диего.

Доставка генов растениям

Для этого проекта Хиральдо объединился с Николь Штайнмец, профессором наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы использовать нанотехнологии, разработанные её 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».

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 продуктов с высокой добавленной стоимостью, таких как фармацевтические препараты», — сказал Хиральдо.

Азот

Хиральдо также является одним из руководителей соответствующего проекта с использованием наноматериалов для доставки азота, удобрения, непосредственно в хлоропласты, где растения нуждаются в нём больше всего.

Азот ограничен в окружающей среде, но растения нуждаются в нём 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, ещё один загрязнитель.

Этот альтернативный подход позволил бы получать азот в хлоропласты через листья и контролировать его высвобождение, что стало бы 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».

Перевод выполнила Мария Чайкина для GreenTalk.ru