Každý rok zemědělci bojují s neviditelným, neúnavným, impozantním nepřítelem: rostlinné viry. Na rozdíl od bakterií nebo hub, které lze kontrolovat pesticidy nebo fungicidy, neexistuje přímý způsob vyléčení plodin virových infekcí. Podle organizace OSN Food and Agriculture Organization (FAO) ničí škůdci a nemoci rostlin téměř 40% roční plodiny na světě a stojí svět více než 220 miliard dolarů. Z toho samotné rostlinné viry přispívají k více 30 miliard dolarů každý rok při ztrátách.
V reakci na to vědci začali poklepávat na sílu technologie založené na RNA, aby pomohli rostlinám bránit se lépe-právě způsob, jakým náš imunitní systém bojuje s viry. Na Univerzitě Martin Luther Halle-Wittenberg v Německu, týmu vědců nedávno hlášeno vývoj Antivirové činidlo na bázi RNA, které uděluje silnou ochranu proti viru mozaiky okurky (CMV), rozšířenému a destruktivnímu viru rostliny.
CMV infikuje více než 1200 druhů rostlin, včetně kritických potravinových plodin, jako jsou okurky, squash a obiloviny a léčivé rostliny. Šíří se malým hmyzem sání mízy zvaný mšice. U téměř 90 druhů mšic schopných přenášet CMV je často obtížné obsahovat ohniska.
V Indii je CMV zodpovědná za 25-30% ztráty výnosů v banánových plantážích. U dýní, okurek a melounů může míra infekce stoupat až 70%. Postižené rostliny se rozvíjejí zbarvení mozaiky, zakrslý růst a komerčně neživatelné ovoce.
Higs a Sigs
V nové studii vědci použili umlčení RNA, přirozený obranný mechanismus nalezený v rostlinách. Když virus infikuje rostlinu, představuje dvouřetězcovou RNA (dsRNA), což je červená vlajka pro imunitní systém rostliny.
Rostlina reaguje aktivací dicerových enzymů (DCL), které rozředí dsRNA do malých fragmentů zvaných malé interferující RNA (siRNA). Tyto siRNA pak vedou obranný systém rostliny k rozpoznání a zničení virové RNA, což brání šíření infekce.
Ale tento proces není zdaleka dokonalý. Ne všechna siRNA generovaná rostlinou jsou účinná a virus často mutuje rychle, což se vyhýbá přirozené obraně rostliny. Pro posílení imunity rostlin vědci zkoumají techniky ochrany plodin na bázi RNA, jako je umlčení genu indukované hostitelem (HIG) a sprejové umlčení genu (SIG).
Higs pracuje geneticky modifikujícími rostlinami tak, aby produkoval virus bojovou dsRNA ve svých vlastních buňkách. To poskytuje nepřetržitou ochranu po celý život rostliny. Ale předpisy, vysoké výrobní náklady a potenciál pro virovou rezistenci omezují její rozšířené použití.
SIGS je flexibilnější alternativa. Rostliny jsou léčeny spray RNA místo toho, aby byly geneticky modifikovány. Listy absorbují RNA a spustí přirozenou imunitní odpověď rostliny bez změny DNA.
Zatímco SIGS nevyžaduje genetickou modifikaci a je nákladově efektivní a šetrná k životnímu prostředí, jeho účinnost je omezená: tradiční formulace dsRNA vytvářejí náhodnou směs siRNA, z nichž mnohé neexistuje efektivně umlčet virus.
Efektivní dsRNA
K překonání omezení stávajících přístupů založených na RNA vyvinuli vědci nový přístup, který zvýšil účinnost umlčení RNA proti CMV.
Místo použití náhodně generované dsRNA navrhli „efektivní dsRNA“ – geneticky upravenou dsRNA obohacenou vysoce funkční siRNA. Tyto speciálně vybrané siRNA se vážou na genetický materiál viru, aby vyvolaly silnější antivirovou odpověď. Jejich zjištění byla zveřejněna v Výzkum nukleových kyselin.
V laboratorním prostředí vědci nejprve promítli kandidáty siRNA a identifikovali nejúčinnější siRNA proti CMV. Tyto e-siRNA byly sestaveny do konstruktů dsRNA, aby se zajistilo, že když je obranný systém rostliny zpracovává, vytvoří vysokou koncentraci funkční siRNA. Tato metoda vedla k cílenější a účinnější formě ochrany rostlin na bázi RNA.
Vědci také testovali svou novou metodu použitím efektivnější siRNA a DSRNA přímo na modelovou rostlinu, Nicotiana Benthamianainfikováno CMV. Ve svém příspěvku napsali, že rostliny léčené touto siRNA měly téměř 80% nižší virové zátěž, přičemž některé experimenty dosáhly úplné ochrany. Formulace dsRNA překonávala tradiční dsRNA, protože rostlina je zpracovávala do aktivní siRNA efektivněji a vytvořila silnější imunitní odpověď.
Tým také shledal, že tato metoda je účinnější proti více kmenům CMV.
Nový přístup má tři klíčové výhody: (i) Je to přesnější, protože imunitní systém rostliny je zaměřen na nejzranitelnější genetické oblasti virových částic a zvyšuje jeho schopnost bojovat proti infekci. (ii) Poskytuje silnější obranu, protože efektivnější dsRNA se zaměřuje na více oblastí virového genomu současně, což ztěžuje virus mutovat a uniknout. (iii) Efektivní dsRNA může být přepracována asi za měsíc, aby se zaměřilo na nové virové kmeny.
Vědci v současné době používají činidla založená na RNA ručně v laboratorních podmínkách buď injekcí, nebo jejich třením na listy rostlin. Aby bylo možné léčbu umožnit použití v reálném světě, tým v současné době vyvíjí řešení založená na sprejích a připravuje se na terénní pokusy, aby otestoval jejich účinnost v přirozených podmínkách.
Zatímco studie se zaměřila na CMV, principy nové technologie dsRNA lze použít v boji proti dalším hlavním virům rostlin, jako je virus z rajčatového žlutého listu, viruk brambor a virus tabákové mozaiky. Vědci také vyjádřili přesvědčení, že přístupy na bázi RNA mohou být rozšířeny na cílové plísňové a bakteriální onemocnění a hmyz škůdci.
Více času
Navzdory svému obrovskému potenciálu je jednou hlavní překážkou stabilita ve venkovních podmínkách. Molekuly RNA se rychle degradují, když jsou vystaveny slunečním záření, dešti a půdnímu mikrobům. Vědci pracují na doručovacích systémech založených na nanočásticích za účelem zlepšení stability RNA a zajištění dlouhodobé ochrany.
Další výzvou jsou náklady a škálovatelnost. Zatímco výrobní náklady klesají, rozsáhlé použití zůstává drahé. To vyžaduje další inovace, díky nimž je ekonomicky životaschopná pro zemědělce.
Nakonec regulační schválení představují výzvu. Americká agentura pro ochranu životního prostředí udělila světovému První schválení pro produkt na ochranu plodin založených na RNA pouze v roce 2023; Regulační procesy v jiných zemích, včetně Indie, mohou trvat více času.
Manjeera Gowravaram má PhD v biochemii RNA a pracuje jako spisovatel vědy na volné noze.
Publikováno – 28. dubna 2025 05:30
