Обычные пестициды достигли чудес, помогающие кормить мир, но у них есть свои недостатки, поэтому команда ученых из Хельсинского университета и Французского национального центра научных исследований (CNRS) работают над более экологически чистым решением. Вместо токсичных химических веществ исследователи разрабатывают новые способы производства вакцин на основе РНК, которые нацелены на конкретных вредителей, не повреждая растения-хозяева.
По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), от 40 до 50 процентов урожая в развивающихся странах теряются из-за вредителей - даже в Соединенных Штатах этот показатель достигает 25 процентов. Если бы не пестициды, эти цифры были бы намного хуже, от 70 процентов выращиваемой пищи было бы потеряно.
Хотя пестициды многое сделали для борьбы с голодом, такие химические контрмеры немного грубы. Многие убивают или отталкивают болезни, насекомых и сорняки с помощью самых общих средств, и они распространяются на больших полях, чтобы быть эффективными. Это означает, что сами культуры могут быть затронуты, а также невинные растения и животные, поскольку пестициды входят в общую среду.
То, к чему стремятся ученые Хельсинки / CNRS, - это гораздо более целенаправленный метод. Они хотят использовать средства для лечения конкретных растений, не нанося им вреда, одновременно атакуя конкретные угрозы. Подход, к которому они пришли, - вакцинация, основанная на двух нитевой РНК, т.е. биополимер рибонуклеиновой кислоты, который структурно очень похож на ДНК и участвует во всех способах клеточных процессов, включая экспрессию генов.
Идея состоит в том, что эти молекулы РНК могут распыляться непосредственно на листья растений, исключая необходимость в широком применении. Они всасываются в растение, и когда растение атакуется, вызывается то, что называется РНК-помехой. Это общий механизм защиты, обнаруженный во многих жизненных формах, который работает путем ингибирования экспрессии генов в цепях РНК памяти путем сопоставления последовательностей РНК вакцины и патогена.
Проще говоря, подход меньше похож на общий яд и больше похож на саботажника, который охотится за целыми цепями РНК. Среди различных функций РНК несет в себе, от генов в белки, инструкции о том, как собирать аминокислоты. При вмешательстве РНК небольшая последовательность РНК связывается с курьером РНК, препятствуя выполнению надлежащей функции. Клетки не могут вырабатывать необходимый белок, все разрушается, а вредитель умирает.
Помимо опрыскивания непосредственно на листья, РНК-вакцина имеет такое преимущество, как биоразлагаемость. РНК быстро разрушается в дикой природе, поэтому она не может накапливаться, как некоторые пестициды. Кроме того, она никоим образом не изменяет генетическую структуру хозяина, поэтому вакцина не так восприимчива к нормам анти-ГМО, как модификация растения для производства самой вакцины. Однако у команды все еще есть проблемы для преодоления.
«Задача разработки вакцин на основе РНК для защиты растений связана с производством молекул РНК», - говорит доктор Минна Поранен из факультета биологических и экологических наук Университета Хельсинки. «Двухцепочечные молекулы РНК были получены путем химического синтеза как в медицинских целях, так и в исследовательских, но такие методы производства являются неэффективными и дорогими для защиты растений».
Команда Поранен в настоящее время работает над лабораторным синтезом бактерии для изготовления вакцины. Это включает использование системы амплификации РНК вируса, питающегося бактериями, называемого бактериофагом для получения желаемых последовательностей двухцепочечной РНК. Как и другие вирусы, бактериофаги сами по себе не могут выполнять полные биологические функции. Вместо этого они полагаются на вторжение надлежащих живых клеток в механизм для воспроизведения. Используя это, команда смогла превратить бактериофаги в небольшие фабрики, чтобы создать РНК для вакцин.
Как долго данная разработка займет времени для того, чтобы сделать ее практичной, трудно сказать, потому как на данный момент имеются как законодательные, так и биологические препятствия.
«Трудно предсказать, когда вакцина будет доступна, потому что не существует соответствующего законодательства», - говорит Поранен.