Interferenca RNA (na kratko RNAi) se nanaša na razgradnjo mRNA, ki jo povzroči endogena ali eksogena dvoverižna RNA, kar ima za posledico specifično oviranje ekspresije ciljnega gena, in je pogosto najdeno v organizmih. Poroča se, da so v devetdesetih letih 20. stoletja znanstveni raziskovalci postopoma odkrili pojav utišanja genov RNAi in da se zdaj pogosto uporablja na področju entomoloških raziskav. Ker ima utišanje genov, ki ga povzroča RNAi, prednosti visoke učinkovitosti, specifičnosti in enostavnosti, je bila ta tehnologija v zadnjih letih uporabljena tudi pri razvoju novih pesticidov.
Kako RNAi nadzoruje škodljivce
RNAi moti procese prepisovanja in prevajanja genov, povezanih z rastjo in razvojem škodljivcev, preprečuje sintezo beljakovin, kar vodi do zmanjšane okoljske prilagodljivosti ali smrti škodljivcev. Ta vrsta nadzorne metode v glavnem internalizira dvoverižno RNA ciljnega gena s hranjenjem škodljivcev. Ko žuželke zaužijejo dvoverižno RNA, ki je zelo specifična za ciljni gen, se dvoverižna RNA absorbira v srednjem črevesju. Če se ciljni gen, ki ga je treba utišati, ne nahaja v srednjem črevesu, se lahko signal za utišanje prenaša skozi celice ali tkiva in doseže mesto interferiranega ciljnega gena za RNAi.
Ciljni geni, izbrani za zatiranje škodljivcev s tehnologijo RNAi, so v grobem razdeljeni na pet vrst: smrtonosni geni za škodljivce, geni, povezani z odpornostjo škodljivcev in imunostjo (zmanjšanje odpornosti škodljivcev na kemične pesticide), geni, povezani z rastjo in razvojem škodljivcev, geni, povezani z jajčeci škodljivcev. polaganje in geni, povezani z vonjem (ki motijo škodljivce pri prepoznavanju pridelka).
Trenutno je najbolj priljubljen način vnosa dvoverižne RNA v žuželke s hranjenjem. Ta metoda je preprosta za uporabo in enostavna za uporabo. Trenutno se ta metoda uspešno uporablja pri zatiranju različnih škodljivcev, kot so rjave ščitnice, termiti, triatomske stenice in koruzni hrošči. Metoda hranjenja ne zahteva posebne opreme, prav tako pa je bolj priročno uporabiti to metodo za izvajanje raziskav o RNAi. Vendar je ta metoda počasna in je ne morejo uporabljati žuželke v stadiju jajčeca in lutke, ker se ne morejo hraniti.
Prednosti RNAi pri zatiranju škodljivcev
(1) Zaradi visoke specifičnosti dvoverižne RNA taki izdelki ne bodo vplivali na neciljne organizme.
(2) RNA biopesticidi so snovi, ki naravno obstajajo v okolju ali organizmih, zato je njihova potencialna škoda za neciljne organizme manjša kot kemični pesticidi. Takšne snovi se lahko razgradijo tudi po naravnih poteh.
(3) Takšne izdelke je mogoče razviti za vse vrste škodljivcev. S primerjavo tehnologije Bt kot primera so raziskovalci ugotovili, da imajo transgeni pridelki Bt, odporni proti žuželkam, zelo omejen učinek pri zatiranju sesalnih žuželk, ker toksini Bt še niso vplivali na takšne škodljivce. Ta problem je bil rešen z rastlinsko posredovano RNAi.
Izzivi in tehnološki preboji pri uporabi RNAi
Komercialni potencial uporabe tehnologije RNAi za zatiranje škodljivcev je v glavnem odvisen od učinkovitosti dostave dvoverižne RNA do ciljnega škodljivca, ali lahko dvoverižna RNA stabilno obstaja v telesu žuželke in koncentracije insekticidne vabe. Vsi ti dejavniki vplivajo na stroške uporabe produktov dvoverižne RNA.
Za mnoga podjetja je reševanje problema RNA, ki se zlahka razgradi, velika težava. Čeprav škropljenje, ki vsebuje dvoverižno RNA, ki se ujema s specifičnim genskim zaporedjem, lahko izklopi specifične gene nekaterih škodljivcev in doseže učinke zatiranja škodljivcev, se RNA v pršilu zlahka razgradi in učinek ni dolgotrajen in ga je treba pogosto uporabljati, tako kmetje porabijo veliko denarja.
Od odkritja fenomena RNAi so raziskovalci naredili izjemen napredek pri spodbujanju uporabe te tehnologije. Glede na poročila je raziskovalna skupina z univerze Queensland v Avstraliji razvila tehnologijo, ki lahko podaljša zaščitno obdobje razpršil. Ekipa je združila RNA z nanodelci gline, katerih proizvodnja je poceni. Vlažni nanodelci gline reagirajo z ogljikovim dioksidom v zraku in postopoma razpadejo, počasi sproščajo RNK, da podaljšajo svojo učinkovitost. Ta tehnologija omogoča, da so rastline tobaka do 20 dni odporne na virus manjše pegavosti popra, kar je rekord brez primere. Ob tem je David Baulcombe, ki se že dolgo ukvarja z raziskavami tehnologije utišanja genov na Univerzi v Cambridgeu v Veliki Britaniji, še povedal, da kombinacija RNA in glinenih nanodelcev ne prinaša nobenih varnostnih tveganj.
V zadnjih letih so se v tej nastajajoči industriji pojavila podjetja z najsodobnejšo tehnologijo. S financiranjem in sodelovanjem so še naprej poglabljali raziskave in razvoj. Nove tehnologije nenehno premagujejo izzive, s katerimi se sooča uporaba RNAi. Vključno z razvojem tehnologij za zmanjšanje proizvodnih stroškov izdelkov itd., to vodi k uporabi takšnih izdelkov v sistemih biološkega nadzora. Spoznajmo nove tehnologije in izdelke vodilnih podjetij v industriji skozi vroče trende v industriji v zadnjih letih.
Obeti za RNAi
Leta 2019 je Bayer ameriški agenciji za varstvo okolja predložil v registracijo nov izdelek BioDirect z dvoverižno RNA za zatiranje pršic varoj – škodljivca, ki predstavlja največjo grožnjo svetovni čebelarstvu. To je prva oddaja Agenciji za varstvo okolja ZDA za aktivno sestavino RNA biopesticida za eksogene aplikacije v industriji.
Sedanje raziskave kažejo, da je izvedljivo uporabiti izdelke RNAi s foliarnim škropljenjem, vbrizgavanjem v deblo in namakanjem. Druge metode nanašanja, kot je oblaganje semen, zahtevajo nadaljnje raziskave.
V prihodnosti bodo nenehne izboljšave tehnologije priprave RNA izboljšale tudi učinkovitost in stabilnost RNAi na terenu, ki lahko nadomesti kemične pesticide ali se uporablja v kombinaciji s kemičnimi pesticidi za zmanjšanje odvisnosti kmetijstva od škodljivih sintetičnih pesticidov.
Z napredkom znanstvenih raziskav se nenehno odkrivajo genske sekvence škodljivih organizmov, ljudje vse bolj razumejo mehanizem RNAi, stroški in učinkovitost proizvodnje RNAi pa so se še izboljšali. Takšni novi biopesticidi z visoko specifičnostjo in prijaznostjo do okolja bodo imeli vse pomembnejšo vlogo na področju zatiranja škodljivcev.
Qiu Dewen, namestnik direktorja Inštituta za varstvo rastlin Akademije kmetijskih znanosti, je nekoč dejal, da bo prihodnji trend razvoja biopesticidov vključeval vroča raziskovalna in razvojna področja, kot so tehnologija interference RNK, tehnologija za obnovo zdravja tal in tehnologija indukcije imunosti rastlin.
