Des scientifiques de l'UC Riverside étudient s'ils peuvent transformer des plantes comestibles comme la laitue en usines de vaccins à ARNm.
La technologie de l'ARN messager ou ARNm, utilisée dans les vaccins contre la COVID-19, fonctionne en apprenant à nos cellules à nous reconnaître et à nous protéger contre les maladies infectieuses.
L'un des défis de cette nouvelle technologie est qu'elle doit être conservée au froid pour maintenir la stabilité pendant le transport et le stockage. Si ce nouveau projet réussit, les vaccins à base d'ARNm à base de plantes, qui peuvent être consommées, pourraient surmonter ce défi avec la capacité d'être conservés à température ambiante.
Les objectifs du projet, rendus possibles grâce à une subvention de 500 000 dollars de la National Science Foundation, sont triples: montrer que l'ADN contenant les vaccins à ARNm peut être administré avec succès dans la partie des cellules végétales où il se répliquera, démontrer que les plantes peuvent produire suffisamment d'ARNm pour rivaliser une dose traditionnelle, et enfin, déterminer le bon dosage.
«Idéalement, une seule plante produirait suffisamment d'ARNm pour vacciner une seule personne», a dit Juan Pablo Giraldo, professeur au département de botanique et des sciences végétales de l'UCR qui dirige la recherche, menée en collaboration avec des scientifiques de l'UC San Diego et de Carnegie Mellon University.
«Nous testons cette approche avec des épinards et de la laitue et avons des objectifs à long terme de personnes qui la cultivent dans leurs propres jardins», a dit Giraldo. «Les agriculteurs pourraient également en cultiver des champs entiers.»
Les chloroplastes, de petits organes dans les cellules végétales qui convertissent la lumière du soleil en énergie que la plante peut utiliser, sont essentiels à la réalisation de ce travail. «Ce sont de minuscules usines à énergie solaire qui produisent du sucre et d'autres molécules qui permettent à la plante de se développer», a dit Giraldo. «Ils sont également une source inexploitée pour fabriquer des molécules souhaitables.»
Dans le passé, Giraldo a montré qu'il est possible pour les chloroplastes d'exprimer des gènes qui ne font pas naturellement partie de la plante. Lui et ses collègues l'ont fait en envoyant du matériel génétique étranger dans des cellules végétales à l'intérieur d'une enveloppe protectrice. Déterminer les propriétés optimales de ces boyaux pour une livraison dans des cellules végétales est une spécialité du laboratoire de Giraldo.
Pour ce projet, Giraldo s'est associé à Nicole Steinmetz, professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego, pour utiliser les nanotechnologies conçues par son équipe qui fourniront du matériel génétique aux chloroplastes.
«Notre idée est de réutiliser des nanoparticules d'origine naturelle, à savoir des virus végétaux, pour la livraison de gènes aux plantes», a dit Steinmetz. «Un peu d'ingénierie pour que les nanoparticules aillent vers les chloroplastes et aussi pour les rendre non infectieuses pour les plantes.»
Pour Giraldo, la possibilité de développer cette idée avec l'ARNm est l'aboutissement d'un rêve. «L'une des raisons pour lesquelles j'ai commencé à travailler dans le domaine de la nanotechnologie était que je pouvais l'appliquer aux plantes et créer de nouvelles solutions technologiques. Pas seulement pour la nourriture, mais aussi pour les produits de grande valeur, comme les produits pharmaceutiques», a dit Giraldo.
Giraldo co-dirige également un projet connexe utilisant des nanomatériaux pour fournir de l'azote, un engrais, directement aux chloroplastes, là où les plantes en ont le plus besoin.
L'azote est limité dans l'environnement, mais les plantes en ont besoin pour pousser. La plupart des agriculteurs appliquent de l'azote au sol. En conséquence, environ la moitié se retrouve dans les eaux souterraines, contaminant les cours d'eau, provoquant la prolifération d'algues et interagissant avec d'autres organismes. Il produit également du protoxyde d'azote, un autre polluant.
La National Science Foundation a accordé à Giraldo et à ses collègues 1,6 million de dollars pour développer cette technologie de distribution d'azote ciblée.
«Je suis très enthousiasmé par toutes ces recherches», a dit Giraldo. «Je pense que cela pourrait avoir un impact énorme sur la vie des gens.»
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