Защитный спрей на основе РНК может стать достойной альтернативой пестицидам и ГМО

Новый защитный спрей, который отключает гены растений, не изменяя структуру их ДНК, может вытеснить из сельского хозяйства многие инсектициды и пестициды.
Фото Stefan Krause/Wikimedia Commons.

Генная инженерия уже совершила переворот в растениеводстве. Если раньше на селекционную работу уходили долгие годы, сегодня можно добавить, изменить или выключить определённый ген и быстро получить необходимый признак. Но всё же традиционные методы создания генно-модифицированных растений не так совершенны, как кажутся. И дело вовсе не в гипотетической опасности ГМО. Для получения необходимой культуры учёные сначала изменяют ДНК нескольких семян, а затем приходится долго ждать, пока вырастут несколько поколений "обновлённых" растений.

Но что делать, если необходимо обеспечить защиту от вредителей или повысить урожайность растений, которые уже проросли? Некоторые технологии, такие как генная пушка, и раньше позволяли массово трансформировать гены в клетках растений. Но в любом случае речь шла о единичных экземплярах, а не о бескрайних полях, засеянных пшеницей или кукурузой.

Теперь же австралийские учёные из Квинслендского университета разработали спрей, который может "выключать" нужные гены внутри всех клеток сформировавшегося растения. Разработка получила название BioClay ("БиоГлина"). С её помощью фермеры смогут по-настоящему быстро изменять внешний вид, ускорять созревание и повышать пищевую ценность своего урожая.

Нина Миттер (Neena Mitter) и её коллеги использовали механизм природной защиты, с помощью которого клетки противостоят вирусам. В случае вторжения патогена особые молекулярные структуры вырезают из вирусной РНК короткие фрагменты и используют их, чтобы в будущем узнавать аналогичные последовательности и уничтожать вирусы. Это явление называется РНК-интерференция, и исследователи давно ищут способ использовать его для точечной остановки синтеза белков.

Идея заключается в том, чтобы вводить в организмам короткие куски РНК, соответствующие гену, который необходимо "выключить" (после чего производство соответствующего белка останавливается). Клетки используют полученные фрагменты для активации своей противовирусной защиты и направят её против собственных генов. В результате производство определённых белков останавливается сразу во всех клетках.

Предыдущие эксперименты с млекопитающими закончились неудачно, потому что части РНК быстро распадались в крови и не попадали в ткани. Но на растениях и некоторых насекомых генная "заглушка" сработала.

Австралийская команда – не единственная, кто работает с распылением РНК. Так известная компания-производитель ГМО Monsanto разработала РНК-аэрозоль против клещей Varroa destructor, паразитирующих на пчёлах. Средство "выключает" специфические гены и убивает паразита, оставаясь безопасным для растений и пчёл.

Однако предыдущие разработки имели существенный недостаток – фрагменты РНК были нестабильны и действовали лишь несколько дней. Поэтому для достижения результата процедуру опрыскивания было необходимо регулярно повторять. Но вряд ли фермеры захотят часто использовать дорогостоящее средство.

Авторы нового спрея обещают, что защитный эффект будет длиться не менее 20 дней. Как сообщается в статье, опубликованной исследователями в журнале Nature Plants, достичь этого удалось благодаря соединению РНК с положительно заряженными наночастицами глины. Последние связываются с отрицательно заряженными фрагментами РНК. При попадании на листья растения частицы глины реагируют с углекислым газом и постепенно разрушаются, медленно высвобождая действующий агент.

Учёные убеждены, что их продукт будет коммерчески жизнеспособным. Во-первых, потому что препараты на основе РНК будут гораздо безопаснее повсеместно используемых инсектицидов, пестицидов и других химикатов.

Кроме этого, в ближайшем будущем и цена на них может стать вполне адекватной для массового использования. Ещё несколько лет назад один грамм РНК обошёлся бы в $100 тысяч (около 6 миллионов рублей по текущему курсу) — такого количества было бы достаточно для обработки одного небольшого поля. Сейчас же, например, американская компания Apse нацелена на массовое производство РНК и продажу по цене около $2 за грамм.

"Наш препарат принесёт огромную выгоду сельскому хозяйству уже в ближайшие несколько десятилетий и область его применения будет только расширяться, — заявляет один из соавторов разработки профессор Гордон Сюй (Gordon Xu).

Стоит заметить, что похожий механизм, используемый бактериями, ранее лёг в основу передовой технологии редактирования генов CRISPR/Cas9, которая сейчас широко применяется в науке и бурно обсуждается в научной прессе.

Сегодня