RNA interferencia (skrátene RNAi) označuje degradáciu mRNA spôsobenú endogénnou alebo exogénnou dvojvláknovou RNA, ktorá vedie k špecifickej obštrukcii expresie cieľového génu a bežne sa vyskytuje v organizmoch. Uvádza sa, že v 90. rokoch 20. storočia vedeckí výskumníci postupne objavili fenomén umlčania génu RNAi a v súčasnosti je široko používaný v oblasti entomologického výskumu. Pretože umlčanie génov vyvolané RNAi má výhody vysokej účinnosti, špecifickosti a jednoduchosti, táto technológia sa v posledných rokoch využíva aj pri vývoji nových pesticídov.
Ako RNAi kontroluje škodcov
RNAi zasahuje do procesov transkripcie a translácie génov súvisiacich s rastom a vývojom škodcov, bráni syntéze proteínov, čo vedie k zníženej adaptabilite prostredia alebo smrti škodcov. Tento typ kontrolnej metódy internalizuje hlavne dvojvláknovú RNA cieľového génu prostredníctvom kŕmenia škodcami. Potom, čo hmyz požije dvojvláknovú RNA, ktorá je vysoko špecifická pre cieľový gén, sa dvojvláknová RNA absorbuje v strednom čreve. Ak sa cieľový gén, ktorý sa má umlčať, nenachádza v strednom čreve, signál umlčania sa môže preniesť cez bunky alebo tkanivá a dosiahnuť miesto interferovaného cieľového génu pre RNAi.
Cieľové gény vybrané na kontrolu škodcov pomocou technológie RNAi sú zhruba rozdelené do piatich typov: gény pre letálne škodcov, gény súvisiace s odolnosťou proti škodcom a imunitou (zníženie odolnosti škodcov voči chemickým pesticídom), gény súvisiace s rastom a vývojom škodcov, gény súvisiace s vajíčkami škodcov. znášanie a gény súvisiace so zápachom (ktoré narúšajú rozpoznávanie plodín škodcami).
V súčasnosti je najpopulárnejším spôsobom zavedenia dvojvláknovej RNA do hmyzu kŕmenie. Táto metóda je jednoduchá na obsluhu a ľahko implementovateľná. V súčasnosti sa táto metóda úspešne používa pri ničení rôznych škodcov, ako sú chrobáky hnedé, termity, triatómové ploštice a koreňové chrobáky. Spôsob kŕmenia nevyžaduje špeciálne vybavenie a je tiež pohodlnejšie použiť túto metódu na výskum RNAi. Táto metóda však pôsobí pomaly a hmyz ju nemôže použiť v štádiu vajíčka a kukly, pretože sa nemôže kŕmiť.
Výhody RNAi pri kontrole škodcov
(1) Vzhľadom na vysokú špecifickosť dvojvláknovej RNA takéto produkty neovplyvnia necieľové organizmy.
(2) RNA biopesticídy sú látky, ktoré sa prirodzene vyskytujú v životnom prostredí alebo organizmoch, takže ich potenciálne poškodenie pre necieľové organizmy je nižšie ako u chemických pesticídov. Takéto látky môžu byť degradované aj prirodzenými cestami.
(3) Takéto produkty možno vyvinúť pre všetky druhy škodcov. Pri porovnaní Bt technológie ako príkladu výskumníci zistili, že Bt hmyz-rezistentné transgénne plodiny majú veľmi obmedzený účinok pri kontrole savého hmyzu, pretože Bt toxíny zatiaľ na takýchto škodcov nemajú vplyv. Tento problém bol vyriešený pomocou rastlinou sprostredkovanej RNAi.
Výzvy a technologické objavy pri aplikácii RNAi
Komerčný potenciál použitia technológie RNAi na kontrolu škodcov závisí hlavne od účinnosti dodania dvojvláknovej RNA cieľovému škodcovi, od toho, či môže dvojvláknová RNA stabilne existovať v tele hmyzu a od koncentrácie insekticídnej návnady. Všetky tieto faktory ovplyvňujú náklady na používanie produktov dvojvláknovej RNA.
Pre mnohé spoločnosti je riešenie problému ľahkého rozpadu RNA veľkým problémom. Hoci postrek obsahujúci dvojvláknovú RNA, ktorá sa zhoduje so špecifickou sekvenciou génov, môže vypnúť špecifické gény niektorých škodcov a dosiahnuť účinky na kontrolu škodcov, RNA v postreku sa ľahko degraduje a účinok nie je dlhodobý a je potrebné ho často používať, takže farmári míňajú veľa peňazí.
Od objavu fenoménu RNAi výskumníci urobili obrovský pokrok v podpore aplikácie tejto technológie. Podľa správ výskumný tím z Queenslandskej univerzity v Austrálii vyvinul technológiu, ktorá môže predĺžiť ochrannú dobu sprejov. Tím skombinoval RNA s ílovými nanočasticami, ktorých výroba je lacná. Vlhké ílové nanočastice reagujú s oxidom uhličitým vo vzduchu a postupne sa rozkladajú, pomaly uvoľňujú RNA, aby sa predĺžila jej účinnosť. Vďaka tejto technológii sú rastliny tabaku odolné voči vírusu škvrnitosti papriky až na 20 dní, čo predstavuje bezprecedentný rekord. Zároveň David Baulcombe, ktorý sa dlhodobo venuje výskumu technológie umlčania génov na University of Cambridge v Spojenom kráľovstve, tiež povedal, že kombinácia RNA a ílových nanočastíc neprináša žiadne bezpečnostné riziká.
V posledných rokoch sa v tomto rozvíjajúcom sa odvetví objavili spoločnosti so špičkovými technológiami. Pokračovali v prehlbovaní výskumu a vývoja prostredníctvom financovania a spolupráce. Nové technológie neustále prekonávajú výzvy, ktorým čelia pri aplikácii RNAi. Vrátane vývoja technológií na znižovanie výrobných nákladov produktov atď., tieto prispievajú k použitiu takýchto produktov v systémoch biologickej kontroly. Zoznámte sa s novými technológiami a produktmi popredných spoločností v odvetví prostredníctvom horúcich trendov v odvetví v posledných rokoch.
RNAi vyhliadky
V roku 2019 spoločnosť Bayer predložila nový produkt, BioDirect, Americkej agentúre pre ochranu životného prostredia na registráciu s dvojvláknovou RNA na kontrolu roztočov Varroa – škodcu, ktorý predstavuje najväčšiu hrozbu pre svetový včelársky priemysel. Toto je prvé podanie Agentúre na ochranu životného prostredia USA pre aktívnu zložku RNA biopesticídu pre exogénne aplikácie v priemysle.
Súčasný výskum ukazuje, že je možné aplikovať produkty RNAi prostredníctvom postrekovania listov, vstrekovania kmeňov a zavlažovania. Ďalšie spôsoby aplikácie, ako je poťahovanie semien, si vyžadujú ďalší výskum.
V budúcnosti neustále zlepšovanie technológie prípravy RNA tiež zlepší účinnosť a poľnú stabilitu RNAi, ktorá môže nahradiť chemické pesticídy alebo sa môže použiť v kombinácii s chemickými pesticídmi na zníženie závislosti poľnohospodárstva na škodlivých syntetických pesticídoch.
S pokrokom vedeckého výskumu sa neustále objavujú génové sekvencie škodlivých organizmov, ľudia čoraz viac rozumejú mechanizmu RNAi a náklady a účinnosť produkcie RNAi sa ďalej zlepšujú. Takéto nové biopesticídy s vysokou špecifickosťou a šetrnosťou k životnému prostrediu budú hrať čoraz dôležitejšiu úlohu v oblasti kontroly škodcov.
Qiu Dewen, zástupca riaditeľa Ústavu ochrany rastlín Akadémie poľnohospodárskych vied, raz povedal, že budúci vývojový trend biopesticídov bude zahŕňať horúce oblasti výskumu a vývoja, ako je technológia interferencie RNA, technológia obnovy zdravia pôdy a technológia indukcie imunity rastlín.
