Культуры, убивающие вредителей, отключая их гены
Растения, как и многие эукариоты, могут «выключать» свои гены с помощью РНК-интерференции, блокируя трансляцию белка. Исследователи используют это, создавая культуры, которые производят специфические фрагменты РНК. При поедании насекомыми эти фрагменты запускают РНК-интерференцию, чтобы отключить целевой ген, важный для жизни или размножения, убивая или стерилизуя вредителей. Потенциал метода рассматривается в готовящемся спецвыпуске Trends in Biotechnology по экологической биотехнологии.
Поскольку химические пестициды вызывают опасения из-за резистентности насекомых, ущерба окружающей среде и рисков для человека, трансгенные методы становятся привлекательной опцией. Например, некоторые сорта кукурузы и хлопка модифицированы для производства белковых токсинов бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), которые отравляют определенных червей, жуков и мотыльков. РНК-интерференция добавляет новый уровень избирательности, отключая у вредителей важные гены.
«Борьба с вредителями на основе РНК-интерференции может обеспечить защиту практически без затрат, потому что после выведения сорта растение продолжает её использовать без дополнительных обработок инсектицидом», — говорит соавтор Ральф Бок из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка.
Эта стратегия также может решить вопросы токсичности химических пестицидов. «Когда мы нацеливаемся на ключевого вредителя с помощью РНК-интерференции, мы надеемся на значительное сокращение общего использования инсектицидов», — отмечает соавтор Дэвид Хекель из Института химической экологии Макса Планка.
Сторонники метода также указывают на гибкость поиска генетической мишени и её видовую специфичность. В то время как химические пестициды вроде органофосфатов перегружают нервную систему насекомого, подходящая мишень для РНК-интерференции может контролировать что-то более специфичное, но столь же важное, например, сортировку белков в клетке. Даже если целевые гены схожи у разных видов, оптимально спроектированные фрагменты РНК ингибируют только один вид и его ближайших родственников, не затрагивая безвредных насекомых.
Прежние попытки генетической модификации растений для производства токсичных для насекомых белков вызывали опасения о судьбе этих белков после сбора урожая. «Возражения против трансгенных белков связаны с их возможной токсичностью или аллергенностью для людей, но в стратегии РНК-интерференции не производится белок — только дополнительная РНК», — поясняет Бок.
Внедрению РНК-интерференции для всех основных культур и их вредителей препятствуют несколько проблем. Со стороны растений учёные ещё не нашли способ трансформировать геномы хлоропластов злаков (например, риса и кукурузы) — самый прямой путь для производства достаточного количества РНК-фрагментов. Со стороны насекомых некоторые гусеницы могут расщеплять эти фрагменты, избегая отключения целевого гена.
Бок и Хекель ожидают, что технология РНК-интерференции выйдет в поле примерно через 6–7 лет. Они осторожно оптимистичны насчёт её потенциала изменить дискуссию вокруг ГМО в сельском хозяйстве. «Колорадский жук теперь распространён почти по всему миру, включая Китай. С таким распространением основного вредителя, устойчивого к инсектицидам, есть веские основания для разработки трансгенного картофеля, чтобы попытаться остановить эту тенденцию», — говорит Хекель.