Vaktsiinide tulevik võib tunduda pigem salati söömisena kui käsivarre süstimisena. UC Riverside’i teadlased uurivad, kas nad suudavad muuta söödavaid taimi, nagu salat, mRNA vaktsiini tehasteks.
COVID-19 vaktsiinides kasutatav Messenger RNA või mRNA tehnoloogia õpetab meie rakke nakkushaigusi ära tundma ja nende eest kaitsma.
Selle uue tehnoloogia üheks väljakutseks on see, et transpordi ja ladustamise ajal stabiilsuse säilitamiseks tuleb seda hoida külmas. Kui see uus projekt on edukas, võivad taimepõhised mRNA vaktsiinid, mida saab süüa, selle väljakutse ületada, kuna neid saab säilitada toatemperatuuril.
Riikliku Teadusfondi 500 000-dollarise toetuse abil saavutatud projekti eesmärgid on kolm: näidata, et mRNA vaktsiine sisaldavat DNA-d saab edukalt toimetada taimerakkude sellesse ossa, kus see paljuneb, näidates, et taimed suudavad toota piisavalt mRNA-d, et konkureerida traditsioonilise annusega ja lõpuks õige annuse määramisega.
Kloroplastid (magenta) lehtedes, mis ekspresseerivad rohelist fluorestseeruvat valku. Valku kodeeriv DNA edastati sihitud nanomaterjalide abil ilma mehaanilise abita, kandes nanopreparaadi tilga lehe pinnale. Krediit: Israel Santana/UCR
“Ideaaljuhul toodaks üks taim piisavalt mRNA-d ühe inimese vaktsineerimiseks,” ütles UCR-i botaanika ja taimeteaduste osakonna dotsent Juan Pablo Giraldo, kes juhib koostöös UC San Diego ja Carnegie Melloni ülikooli teadlastega.
“Katsetame seda lähenemisviisi spinati ja salatiga ning meil on pikaajalised eesmärgid, et inimesed kasvataksid seda oma aias,” ütles Giraldo. “Põllumehed võiksid lõpuks ka terveid põlde kasvatada.”
Selle töö tegemise võtmeks on kloroplastid – taimerakkudes olevad väikesed elundid, mis muudavad päikesevalguse energiaks, mida taim saab kasutada. “Need on väikesed päikeseenergial töötavad tehased, mis toodavad suhkrut ja muid molekule, mis võimaldavad taimel kasvada,” ütles Giraldo. “Need on ka kasutamata allikas soovitavate molekulide loomiseks.”
Varem on Giraldo näidanud, et kloroplastidel on võimalik ekspresseerida geene, mis ei ole loomulikult taime osa. Tema ja ta kolleegid tegid seda, saates võõra geneetilise materjali kaitsekesta sees olevatesse taimerakkudesse. Nende kestade optimaalsete omaduste kindlaksmääramine taimerakkudesse viimiseks on Giraldo labori eriala.
Taimeviirused pakuvad looduslikult esinevaid nanoosakesi, mida kasutatakse uuesti geenide kohaletoimetamiseks taimerakkudesse. Krediit: Nicole Steinmetz / UCSD
Selle projekti jaoks tegi Giraldo koostööd UC San Diego nanotehnoloogia professori Nicole Steinmetziga, et kasutada tema meeskonna loodud nanotehnoloogiaid, mis viivad kloroplastidesse geneetilise materjali.
“Meie idee on kasutada looduslikult esinevaid nanoosakesi, nimelt taimeviiruseid, geenide kohaletoimetamiseks taimedesse,” ütles Steinmetz. “Sellega tegeletakse teatud tehnikaga, et nanoosakesed läheksid kloroplastidesse ja muudaksid need taimede suhtes mittenakkavaks.”
Giraldo jaoks on võimalus seda ideed mRNA-ga edasi arendada unistuse kulminatsioon. „Üks põhjus, miks ma nanotehnoloogiaga tegelema hakkasin, oli see, et saaksin seda taimedele rakendada ja uusi tehnoloogilisi lahendusi luua. Mitte ainult toidu, vaid ka kõrge väärtusega toodete, näiteks ravimite jaoks,” ütles Giraldo.
Giraldo juhib ka seotud projekti, milles kasutatakse nanomaterjale, et viia lämmastik, väetis, otse kloroplastidesse, kus taimed seda kõige rohkem vajavad.
Lämmastik on keskkonnas piiratud, kuid taimed vajavad seda kasvamiseks. Enamik põllumehi rakendab mulda lämmastikku. Selle tulemusena jõuab ligikaudu pool sellest põhjavette, saastades veeteid, põhjustades vetikate õitsemist ja suheldes teiste organismidega. Samuti toodab see teist saasteainet dilämmastikoksiidi.
See alternatiivne lähenemisviis viiks lämmastikku lehtede kaudu kloroplastidesse ja kontrolliks selle vabanemist, mis on palju tõhusam kasutusviis, mis võib aidata põllumehi ja parandada keskkonda.
Riiklik teadusfond on andnud Giraldole ja tema kolleegidele 1,6 miljonit dollarit selle sihipärase lämmastiku kohaletoimetamise tehnoloogia väljatöötamiseks.
“Ma olen kogu selle uuringu pärast väga põnevil, ” ütles Giraldo. “Ma arvan, et sellel võib olla inimeste eludele tohutu mõju.”
