RNA interferents (lühidalt RNAi) viitab endogeense või eksogeense kaheahelalise RNA poolt põhjustatud mRNA degradatsioonile, mille tulemuseks on sihtgeeni ekspressiooni spetsiifiline takistus ja seda leidub tavaliselt organismides. Teadaolevalt avastasid teadlased 1990. aastatel järk-järgult RNAi geenide vaigistamise fenomeni ja nüüdseks on seda entomoloogiauuringutes laialdaselt kasutatud. Kuna RNAi-indutseeritud geenide vaigistamise eelisteks on kõrge efektiivsus, spetsiifilisus ja lihtsus, on seda tehnoloogiat viimastel aastatel kasutatud ka uute pestitsiidide väljatöötamisel.
Kuidas RNAi tõrjub kahjureid
RNAi häirib kahjurite kasvu ja arenguga seotud geenide transkriptsiooni- ja translatsiooniprotsesse, takistades valgusünteesi, põhjustades kahjurite keskkonnaga kohanemisvõime vähenemist või surma. Seda tüüpi tõrjemeetodid sisestavad kahjurite söötmise kaudu peamiselt sihtgeeni kaheahelalise RNA. Pärast seda, kui putukad neelavad alla kaheahelalise RNA, mis on sihtgeeni suhtes väga spetsiifiline, imendub kaheahelaline RNA kesksooles. Kui vaigistatav sihtgeen ei asu kesksooles, saab vaigistamissignaali edastada rakkude või kudede kaudu ja jõuda RNAi häiritud sihtgeeni asukohta.
RNAi tehnoloogia abil kahjuritõrjeks valitud sihtgeenid jagunevad laias laastus viide tüüpi: kahjurite letaalsed geenid, kahjurite resistentsuse ja immuunsusega seotud geenid (kahjurite resistentsuse vähendamine keemiliste pestitsiidide suhtes), kahjurite kasvu ja arenguga seotud geenid, kahjuri munaga seotud geenid. munemine ja lõhnaga seotud geenid (mis segavad kahjurite poolt saagi äratundmist).
Praegu on kõige populaarsem viis kaheahelalise RNA putukatesse sisestamiseks toitmine. Seda meetodit on lihtne kasutada ja seda on lihtne rakendada. Praegu on seda meetodit edukalt kasutatud erinevate kahjurite tõrjeks, nagu pruunpunn, termiidid, triatomiinid ja maisijuure mardikad. Söötmisviis ei vaja erivarustust ning seda meetodit on mugavam kasutada ka RNAi uuringute läbiviimiseks. See meetod on aga aeglase toimega ning seda ei saa kasutada muna- ja nukufaasis olevad putukad, sest nad ei saa toituda.
RNAi eelised kahjuritõrjes
(1) Kaheahelalise RNA kõrge spetsiifilisuse tõttu ei mõjuta sellised tooted mittesihtorganisme.
(2) RNA biopestitsiidid on ained, mis looduslikult esinevad keskkonnas või organismides, mistõttu nende potentsiaalne kahju mittesihtorganismidele on väiksem kui keemilised pestitsiidid. Sellised ained võivad laguneda ka looduslike radade kaudu.
(3) Selliseid tooteid saab välja töötada igat tüüpi kahjurite jaoks. Võrreldes Bt-tehnoloogiat näitena, leidsid teadlased, et Bt-putukate suhtes resistentsetel transgeensetel põllukultuuridel on imevate putukate tõrjumisel väga piiratud mõju, kuna Bt-toksiinid ei ole veel sellistele kahjuritele mõju avaldanud. See probleem lahendati taimede vahendatud RNAi abil.
Väljakutsed ja tehnoloogilised läbimurded RNAi rakendamisel
RNAi tehnoloogia kasutamise kaubanduslik potentsiaal kahjurite tõrjeks sõltub peamiselt kaheahelalise RNA sihtkahjurile toimetamise efektiivsusest, sellest, kas kaheahelaline RNA suudab putuka kehas stabiilselt eksisteerida, ja insektitsiidsööda kontsentratsioonist. Kõik need tegurid mõjutavad kaheahelaliste RNA toodete kasutamise kulusid.
Paljude ettevõtete jaoks on RNA kergesti lagunemise probleemi lahendamine suur raskus. Kuigi pihustamine, mis sisaldab kaheahelalist RNA-d, mis ühtib kindla geenijärjestusega, võib mõne kahjuri spetsiifilised geenid välja lülitada ja saavutada kahjuritõrjeefekte, laguneb pihustis sisalduv RNA kergesti ja mõju ei ole pikaajaline ning seda tuleb sageli kasutada, nii kulutavad põllumehed palju raha.
Alates RNAi fenomeni avastamisest on teadlased selle tehnoloogia rakendamise edendamisel teinud tohutuid edusamme. Aruannete kohaselt on Austraalia Queenslandi ülikooli uurimisrühm välja töötanud tehnoloogia, mis võib pikendada pihustite kaitseperioodi. Meeskond kombineeris RNA savi nanoosakestega, mille tootmine on odav. Niisked savi nanoosakesed reageerivad õhus oleva süsinikdioksiidiga ja lagunevad järk-järgult, vabastades aeglaselt RNA, et pikendada selle efektiivsust. See tehnoloogia muudab tubakataimed kuni 20 päevaks resistentseks pipra väikese laigutuse viiruse suhtes, püstitades sellega enneolematu rekordi. Samas ütles ka Suurbritannias Cambridge’i ülikoolis pikka aega geenide vaigistamise tehnoloogia uurimisega tegelenud David Baulcombe, et RNA ja savi nanoosakeste kombinatsioon ei too kaasa mingeid ohutusriske.
Viimastel aastatel on selles arenevas tööstuses esile kerkinud tipptehnoloogiaga ettevõtteid. Nad on jätkanud uurimis- ja arendustegevuse süvendamist rahastamise ja koostöö kaudu. Uued tehnoloogiad suudavad pidevalt ületada RNAi rakendamisega seotud väljakutseid. Sealhulgas tehnoloogiate väljatöötamine toodete tootmiskulude jms vähendamiseks, mis soodustavad selliste toodete kasutamist bioloogilistes kontrollisüsteemides. Tutvume valdkonna juhtivate ettevõtete uute tehnoloogiate ja toodetega läbi tööstuse viimaste aastate kuumade trendide.
RNAi väljavaated
2019. aastal esitas Bayer USA Keskkonnakaitseagentuurile uue toote BioDirect registreerimiseks kaheahelalise RNA-ga Varroa lestade – maailma mesindustööstusele suurimat ohtu kujutava kahjuri – tõrjeks. See on esimene taotlus USA Keskkonnakaitseagentuurile RNA biopestitsiidse toimeaine kohta eksogeensete rakenduste jaoks tööstuses.
Praegused uuringud näitavad, et RNAi tooteid on võimalik kasutada lehtede pihustamise, tüve süstimise ja niisutamise teel. Muud pealekandmismeetodid, näiteks seemnete katmine, nõuavad täiendavaid uuringuid.
Tulevikus parandab RNA ettevalmistamise tehnoloogia pidev täiustamine ka RNAi efektiivsust ja välja stabiilsust, mis võib asendada keemilisi pestitsiide või kasutada koos keemiliste pestitsiididega, et vähendada põllumajanduse sõltuvust kahjulikest sünteetilistest pestitsiididest.
Teaduslike uuringute edenedes avastatakse pidevalt kahjulike organismide geenijärjestusi, inimesed mõistavad üha rohkem RNAi mehhanismi ning RNAi tootmise maksumus ja efektiivsus on veelgi paranenud. Sellised uued kõrge spetsiifilisuse ja keskkonnasõbralikud biopestitsiidid mängivad kahjuritõrje valdkonnas üha olulisemat rolli.
Põllumajandusteaduste akadeemia taimekaitseinstituudi direktori asetäitja Qiu Dewen ütles kunagi, et biopestitsiidide tulevane arengusuund hõlmab selliseid kuumi uurimis- ja arendusvaldkondi nagu RNA interferentsi tehnoloogia, mulla tervise taastamise tehnoloogia ja taimede immuunsuse induktsioonitehnoloogia.
