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美国加州大学河滨分校、圣地亚哥分校和卡内基梅隆大学的科学家们已经在研究是否可以把像生菜这样的可食用植物转化为mRNA疫苗工厂。
去年，在我国科学家公布了新冠病毒基因组序列后，Moderna公司很快就研发出了基于mRNA技术的候选疫苗，使mRNA技术一夜成名。但很多人不知道的是，mRNA技术之所以能一鸣惊人，完全是众多科学家几十年共同努力和失败的结果。
当使用mRNA疫苗进行免疫时，它相当于为免疫系统提供一个蓝图，也就是说mRNA编码了蛋白质抗原，然后由宿主细胞生产这种抗原，并诱导免疫反应，从而保护身体免受病毒的侵袭。
然而，mRNA技术并非完美的，它面临的其中一个挑战是必须保持疫苗运输和储存期间低温环境稳定性。但如果这个新项目成功，将意味着人们可以食用基于植物的mRNA疫苗。这样一来，就使在室温下储存疫苗成为可能。
这项由美国国家科学基金会提供50万美元资助的项目目标包括了三个方面：一是证明含有mRNA疫苗的DNA可以成功地移植到植物细胞中且可以复制；二是证明植物可以产生足够的mRNA；三是确定正确的剂量。
该研究负责人、加州大学河滨分校植物与植物科学系助理教授Juan Pablo Giraldo说：“理想情况下，一株植物可以产生足够为一个人接种疫苗的mRNA量。”
Giraldo说：“我们正在用菠菜和生菜来测试这种方法，我们还有一个长期目标，就是有朝一日，人们可以在自己的家里种植‘疫苗’。最终，农民们可以在整片土地上种植‘疫苗’。”
这项工作的关键是叶绿体，它是植物细胞中的微小器官，能够将阳光转化为植物可利用的能量。Giraldo说：“叶绿体是小型太阳能工厂，生产糖和其他分子，使植物生长。它们也是用于制造我们所需分子的未开发资源。”
（图注：叶子中的叶绿体（粉红色）表达绿色荧光蛋白。图片来源：Israel Santana/UCR）
在过去，Giraldo的实验室已经证明叶绿体有可能表达非植物天然组成部分的基因。他的团队通过将外源遗传物质递送至植物细胞内来实现了这一目的。
在这个新项目中，Giraldo与加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Nicole Steinmetz合作，利用其团队设计的纳米技术，将遗传物质递送到叶绿体。
Steinmetz说：“我们的想法是重新利用天然存在的纳米颗粒，即植物病毒，将基因传递给植物。一些生物工程研究涉及了这个领域，使纳米颗粒进入叶绿体，并使它们对植物没有感染性。”
（图片来源：Nicole Steinmetz/UCSD）
Giraldo说：“我从事纳米技术工作的原因之一是为了能够将其应用于植物并创造新的技术解决方案。不仅仅是食品，还有高价值产品，比如药品。”
Giraldo还联合领导了一个相关项目，利用纳米材料将氮（一种肥料）直接递送到植物最需要的叶绿体中。
氮在环境中是有限的，但植物需要它来生长。大多数农民向土壤施氮肥，其结果是，大约一半的氮最终进入地下水，污染水道，导致藻类大量繁殖，并与其他生物相互作用。它还产生另一种污染物，即一氧化二氮。
这种替代方法通过叶片将氮导入叶绿体并控制其释放，这是一种更有效的应用模式，既帮助了农民，又改善了环境。
Giraldo说：“我对这项研究感觉非常兴奋。我认为它会对人们的生活带来巨大影响。”
