Die Zukunft der Impfstoffe könnte eher so aussehen, als würde man einen Salat essen, als sich selbst eine Spritze in den Arm zu geben. Wissenschaftler der UC Riverside Sie studieren wenn sie essbare Pflanzen wie Salat in mRNA-Impfstofffabriken verwandeln können.
Die Messenger-RNA- oder mRNA-Technologie In COVID-19-Impfstoffen verwendet, funktioniert es, indem es unseren Zellen „beibringt“, uns zu erkennen und uns vor Infektionskrankheiten zu schützen. Eine der Herausforderungen dieser neuen Technologie stellt die Kühlkette dar, die für den Transport und die Lagerung von Impfstoffen notwendig ist. Wenn dieses neue Projekt funktioniert, wird es eine revolutionäre Klasse von "to eat"- und pflanzlichen mRNA-Impfstoffen entwickeln, die auch bei Raumtemperatur stabil und wirksam bleiben.
Die Ziele des Projekts, das durch einen Zuschuss von 500.000 US-Dollar von der National Science Foundation ermöglicht wird, sind drei: Erste, zeigen, dass die DNA, die die mRNA-Impfstoffe enthält, erfolgreich an den Teil der Pflanzenzellen abgegeben werden kann, wo sie sich replizieren wird. Zweite, zeigen, dass Pflanzen genug mRNA produzieren können, um eine herkömmliche Injektion auszugleichen e dritten, um die richtige Dosierung zu bestimmen.
„Eine einzelne Pflanze könnte genug mRNA produzieren, um eine Person zu impfen“, sagt er Juan Pablo Giraldo, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Botanik und Pflanzenwissenschaften der UCR, der die Forschung zusammen mit Wissenschaftlern der UC San Diego und der Carnegie Mellon University leitet. .
Wir testen diesen Ansatz mit Spinat und Salat und haben langfristige Ziele: Menschen dazu zu bringen, diese „Pflanzenimpfstoffe“ im eigenen Garten anzubauen. Bauern konnten ganze Felder bewirtschaften.
Juan Pablo Giraldo, UC Riverside
Der Schlüssel? Die Chloroplasten
Der Schlüssel zu dieser Arbeit sind Chloroplasten, kleine Organe in Pflanzenzellen, die Sonnenlicht in Energie umwandeln, die die Pflanze nutzen kann. „Es handelt sich um kleine solarbetriebene Fabriken, die Zucker und andere Moleküle produzieren, die das Wachstum der Pflanze ermöglichen“, sagte Giraldo. "Sie sind auch eine unerschlossene Quelle für die Schaffung wünschenswerter Moleküle."
Giraldo hat in der Vergangenheit bereits gezeigt, dass Chloroplasten Gene exprimieren können, die von Natur aus nicht Teil der Pflanze sind. Dazu schickten er und seine Kollegen fremdes genetisches Material in Pflanzenzellen innerhalb einer Schutzhülle. Die Bestimmung der optimalen Eigenschaften dieser Hüllen für den Transport in Pflanzenzellen ist eine Spezialität seines Labors.
Für dieses Projekt zu „Pflanzenimpfstoffen“ arbeitete Giraldo mit Nicole Steinmetz, eine Nanoingenieur-Professorin an der UC San Diego, um die von ihrem Team entwickelten Nanotechnologien zu nutzen, um Chloroplasten mit genetischem Material zu versorgen.
„Unsere Idee ist es, natürliche Nanopartikel, nämlich Pflanzenviren, für den Transport von Genen an Pflanzen wiederzuverwenden“, sagt Steinmetz. "Es bedarf einiger Nanotechnik, damit die Partikel zu den Chloroplasten gelangen und nicht für die Pflanzen infektiös sind."
Viele Anwendungsmöglichkeiten, nicht nur Impfstoffe
Für Giraldo ist die Möglichkeit, diese Idee mit mRNA zu entwickeln, der Höhepunkt eines Traums. „Einer der Gründe, warum ich angefangen habe, in der Nanotechnologie zu arbeiten, war, sie auf Pflanzen anwenden zu können und neue technologische Lösungen zu schaffen. Nicht nur für Lebensmittel, sondern auch für hochwertige Produkte, wie zum Beispiel Pharmazeutika“, sagt der Forscher.
Giraldo führt auch ein verwandtes Projekt durch, bei dem Nanomaterialien verwendet werden, um Stickstoff, einen Dünger, direkt an Chloroplasten zu liefern, wo Pflanzen ihn am meisten brauchen.
Stickstoff ist in der Umwelt begrenzt, aber Pflanzen brauchen ihn zum Wachsen. Die meisten Landwirte bringen Stickstoff in den Boden ein. Infolgedessen landet etwa die Hälfte im Grundwasser, kontaminiert Wasserwege, lässt Algen blühen und interagiert mit anderen Organismen. Außerdem entsteht Lachgas, ein weiterer Schadstoff. Hier wird dieses neue Verfahren zur Stickstoffzufuhr interessant. Dieser alternative Ansatz würde es ermöglichen, den Chloroplasten Stickstoff über Blätter und kontrollierte Freisetzung zuzuführen, was eine effizientere Art der Versorgung ist. Diese Lösung könnte dazu beitragen, die Kosten der Landwirtschaft zu senken und gleichzeitig die Umwelt zu verbessern.
"Ich freue mich sehr über all diese Forschungen, von Impfstoffen bis hin zu anderen Anwendungen", sagte Giraldo. "Ich denke, es könnte einen großen Einfluss auf das Leben der Menschen haben."
