美國(guó)加州大學(xué)河濱分校、圣地亞哥分校和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)在研究是否可以把像生菜這樣的可食用植物轉(zhuǎn)化為mRNA疫苗工廠。

去年，在我國(guó)科學(xué)家公布了新冠病毒基因組序列后，Moderna公司很快就研發(fā)出了基于mRNA技術(shù)的候選疫苗，使mRNA技術(shù)一夜成名。但很多人不知道的是，mRNA技術(shù)之所以能一鳴驚人，完全是眾多科學(xué)家?guī)资旯餐褪〉慕Y(jié)果。

當(dāng)使用mRNA疫苗進(jìn)行免疫時(shí)，它相當(dāng)于為免疫系統(tǒng)提供一個(gè)藍(lán)圖，也就是說mRNA編碼了蛋白質(zhì)抗原，然后由宿主細(xì)胞生產(chǎn)這種抗原，并誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，從而保護(hù)身體免受病毒的侵襲。

然而，mRNA技術(shù)并非完美的，它面臨的其中一個(gè)挑戰(zhàn)是必須保持疫苗運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間低溫環(huán)境穩(wěn)定性。但如果這個(gè)新項(xiàng)目成功，將意味著人們可以食用基于植物的mRNA疫苗。這樣一來，就使在室溫下儲(chǔ)存疫苗成為可能。

這項(xiàng)由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供50萬美元資助的項(xiàng)目目標(biāo)包括了三個(gè)方面：一是證明含有mRNA疫苗的DNA可以成功地移植到植物細(xì)胞中且可以復(fù)制；二是證明植物可以產(chǎn)生足夠的mRNA；三是確定正確的劑量。

該研究負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)河濱分校植物與植物科學(xué)系助理教授Juan Pablo Giraldo說：“理想情況下，一株植物可以產(chǎn)生足夠?yàn)橐粋€(gè)人接種疫苗的mRNA量?！?/p>

Giraldo說：“我們正在用菠菜和生菜來測(cè)試這種方法，我們還有一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)，就是有朝一日，人們可以在自己的家里種植‘疫苗’。最終，農(nóng)民們可以在整片土地上種植‘疫苗’?！?/p>

這項(xiàng)工作的關(guān)鍵是葉綠體，它是植物細(xì)胞中的微小器官，能夠?qū)㈥柟廪D(zhuǎn)化為植物可利用的能量。Giraldo說：“葉綠體是小型太陽能工廠，生產(chǎn)糖和其他分子，使植物生長(zhǎng)。它們也是用于制造我們所需分子的未開發(fā)資源。”

（圖注：葉子中的葉綠體（粉紅色）表達(dá)綠色熒光蛋白。圖片來源：Israel Santana/UCR）

在過去，Giraldo的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證明葉綠體有可能表達(dá)非植物天然組成部分的基因。他的團(tuán)隊(duì)通過將外源遺傳物質(zhì)遞送至植物細(xì)胞內(nèi)來實(shí)現(xiàn)了這一目的。

在這個(gè)新項(xiàng)目中，Giraldo與加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Nicole Steinmetz合作，利用其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的納米技術(shù)，將遺傳物質(zhì)遞送到葉綠體。

Steinmetz說：“我們的想法是重新利用天然存在的納米顆粒，即植物病毒，將基因傳遞給植物。一些生物工程研究涉及了這個(gè)領(lǐng)域，使納米顆粒進(jìn)入葉綠體，并使它們對(duì)植物沒有感染性。”

（圖片來源：Nicole Steinmetz/UCSD）

Giraldo說：“我從事納米技術(shù)工作的原因之一是為了能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于植物并創(chuàng)造新的技術(shù)解決方案。不僅僅是食品，還有高價(jià)值產(chǎn)品，比如藥品?！?/p>

Giraldo還聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)相關(guān)項(xiàng)目，利用納米材料將氮（一種肥料）直接遞送到植物最需要的葉綠體中。

氮在環(huán)境中是有限的，但植物需要它來生長(zhǎng)。大多數(shù)農(nóng)民向土壤施氮肥，其結(jié)果是，大約一半的氮最終進(jìn)入地下水，污染水道，導(dǎo)致藻類大量繁殖，并與其他生物相互作用。它還產(chǎn)生另一種污染物，即一氧化二氮。

這種替代方法通過葉片將氮導(dǎo)入葉綠體并控制其釋放，這是一種更有效的應(yīng)用模式，既幫助了農(nóng)民，又改善了環(huán)境。

Giraldo說：“我對(duì)這項(xiàng)研究感覺非常興奮。我認(rèn)為它會(huì)對(duì)人們的生活帶來巨大影響?！?/p>

來源：中國(guó)生物技術(shù)網(wǎng)