Febbraio 8, 2023

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RNA come futuro controllo dei parassiti

HUn dilemma secolare: i parassiti possono distruggere l’agricoltura e causare enormi perdite di raccolto. I pesticidi che uccidono i parassiti spesso inquinano l’ambiente, a loro volta, inquinando i corpi idrici o minacciando le specie benefiche. Da tempo gli scienziati cercano pesticidi basati sulla molecola di RNA, che è un acido nucleico. Mirare ad attaccare i parassiti in modo mirato e impegnarsi a non inquinare l’ambiente se è privo di sostanze chimiche. Possono fornire una via d’uscita dall’impasse?

Il nuovo metodo si basa su un meccanismo di difesa nelle piante e negli animali che è effettivamente diretto contro i virus. Si chiama interferenza dell’RNA, o RNAi in breve. Per la sua scoperta è stato assegnato il Premio Nobel 2006 per la Fisiologia/Medicina.

“Fondamentalmente, l’RNA funziona come il sistema immunitario”, spiega Georg Bucher del Dipartimento di genetica evolutiva dello sviluppo dell’Università di Göttingen. “Diventa attivo una volta che l’RNA a doppio filamento entra nelle cellule”. L’RNA a doppio filamento non si trova generalmente nelle cellule vegetali e animali, ma è presente in molti virus. “Se una cellula riconosce una tale molecola, suona l’allarme e taglia la molecola in piccoli pezzi”. Questi frammenti servono quindi come modelli per distruggere tutto ciò che ha la stessa struttura: il virus viene distrutto.

Cosa c’entra questo con i pesticidi? L’idea alla base di questo è dirigere il meccanismo di difesa, che hanno anche i parassiti, contro le loro stesse strutture corporee. “Stiamo essenzialmente creando una malattia autoimmune”, afferma Bucher. “Diamo ai parassiti uno dei loro geni sotto forma di RNA a doppio filamento. E supponendo che abbiano a che fare con un virus, attaccano se stessi, per così dire”. le informazioni genetiche che contengono.

Il primo passo nello sviluppo di un tale pesticida: devi trovare un gene che sia vitale per il parassita – o, come dice Karl-Heinz Kugel dell’Istituto di fitopatologia dell’Università di Giessen: “Il fallimento genetico deve essere fatale”. in linea di principio, ci sono opzioni. Secondo gli studi, circa il 40 percento di tutti i geni negli insetti sono essenziali, quindi il loro fallimento porta alla morte. Tuttavia, per l’applicazione, è essenziale trovare i geni o le sezioni di geni (sequenze) che portano alla morte il prima possibile dopo l’attivazione dell’RNAi.

Inoltre, la sequenza utilizzata deve essere scelta in modo tale che si presenti solo nei parassiti ma non nelle specie innocue. Quindi RNAi mostra il suo potere: solo questo parassita uccide. “Questa è la bellezza dello stile, è molto specifico per il genere che vuoi ottenere”, afferma Bucher. Le reazioni incrociate possono essere concettualizzate in due tipi strettamente correlati. “Ma allora c’è un’alta probabilità che entrambi i tipi di parassiti.”

Rilevare tali geni killer e tipicità di specie non è un grosso problema, afferma Kugel. Le strutture geniche e la loro importanza per un organismo sono state studiate per decenni. I genomi di molte specie sono stati ora sequenziati o possono essere sequenziati con breve preavviso, se necessario.

Un agricoltore lavora in un campo con un pesticida nella Renania settentrionale-Vestfalia

Un agricoltore lavora in un campo con un pesticida nella Renania settentrionale-Vestfalia

Fonte: picture alliance / Jochen Tack

Tuttavia, la selezione delle strutture più appropriate richiede molto tempo, afferma Bucher. Fa parte di un gruppo di ricerca che recentemente, in collaborazione con Bayer CropScience, ha disattivato uno a uno tutti i geni del coleottero rosso della farina (Tribolium castaneum), un parassita del bestiame, utilizzando l’RNAi.

Abbiamo documentato i cambiamenti avvenuti ed esaminato eventuali perdite genetiche che portano alla morte. Così abbiamo identificato i geni più letali tra circa 16.000″.iBeetleLe informazioni ottenute possono anche fornire approfondimenti sulla funzione genetica in altre specie, aiutando così a identificare i geni bersaglio per il controllo dei parassiti basato su RNAi.

L’RNA deve diventare più stabile

Una volta trovato un gene adatto, il passo successivo è produrre un RNA a doppio filamento che corrisponda esattamente al gene scelto ma non sia simile alle sequenze di altri animali. Ora questo RNA a doppio filamento deve essere inserito nelle lesioni in modo che il loro sistema di interferenza dell’RNA possa avviarsi. Un metodo consiste semplicemente nello spruzzare l’RNA sulle piante in modo che i parassiti lo raccolgano mentre si nutrono.

Il problema: l’RNA è una biomolecola, non è particolarmente stabile. “Fondamentalmente, non è possibile applicare l’RNA per via orale. Questo si decompone rapidamente nell’ambiente, sul suolo o sulle foglie e anche nel sistema digestivo dei parassiti”, afferma Kugel. Quindi la domanda di ricerca più importante è: come posso rendere l’RNA più stabile? “Si cerca di mescolare l’RNA con altri componenti che proteggono la molecola sensibile”, afferma Kugel. Gli scienziati parlano di creare RNA. Ciò ha effettivamente aumentato notevolmente la durata di conservazione, da buona a una decina di giorni.

Se un agricoltore rileva un’infestazione da parassiti, può combatterli con una soluzione di RNA spruzzabile: una volta che le piante trattate vengono mangiate dai parassiti, inizia l’autodistruzione genetica. “L’effetto inizia dopo circa sei ore e dopo un giorno vediamo una significativa diminuzione dell’attività genica”, afferma Kogel.

“Rispetto agli agenti chimici, ci vuole più tempo per fare effetto e i parassiti muoiono”, dice Bucher. “Tuttavia, smettono di mangiare presto.” Nella maggior parte dei casi, un singolo spruzzo potrebbe non essere sufficiente per combattere efficacemente un’infestazione. La soluzione di RNA viene rapidamente diluita nell’ambiente, ad esempio quando piove o semplicemente coltivando piante. Quindi devi spruzzare di nuovo. In generale, tuttavia, l’approccio può essere classificato come pratico, afferma Bucher.

Al momento non è chiaro se il metodo possa essere utilizzato come misura preventiva per proteggere dall’infestazione da parassiti. “La ricerca non è ancora del tutto lì. Avresti bisogno di prove sul campo della durata di diversi anni per indagare su questo, e questo semplicemente non esiste ancora. “

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Un altro modo per utilizzare il sistema RNAi per il controllo dei parassiti è creare colture transgeniche che portino le strutture bersaglio selezionate nel loro genoma: producono RNA a doppio filamento che combatte i parassiti. “Questo spray”, dice Coogle. “Date le riserve sulle piante geneticamente modificate in questo paese, non sono particolarmente ottimista sul fatto che questo approccio abbia molte possibilità di successo”.

I primi farmaci a base di RNAi sono già stati approvati o sono in via di approvazione. Nello sviluppo di pesticidi spruzzabili a base di RNAi, il Controllo dello scarabeo della patata del Colorado (Leptinotarsa ​​​​decemlineata) a fuoco. L’anno scorso, ad esempio, la società canadese Renaissance BioScience ha riportato esperimenti di successo con una configurazione simile. L’agente ha ucciso il 98% delle larve di scarabeo della patata del Colorado e ha ridotto significativamente i danni alle piante. anche le aziende Singenta E Bioscienza a luce verde Stanno lavorando su agenti RNAi contro lo scarabeo della patata del Colorado.

Negli Stati Uniti, uno della società Bayer ha sviluppato una varietà di mais geneticamente modificato Già disponibile, che sfrutta l’interferenza dell’RNA per attaccare la diabrotica del mais (Diabrotica virgifera virgifera). Il temuto parassita è originario dell’America centrale, ma è ormai diffuso negli Stati Uniti e in Canada oltre che in Europa.

Ciò che limita i possibili usi è il fatto che non tutti i parassiti attivano il loro sistema di interferenza dell’RNA quando ingeriscono RNA a doppio filamento. Inoltre, molti insetti producono enzimi in grado di abbattere l’RNA a doppio filamento, chiamati nucleasi. Fino ad allora non ci può essere alcun effetto. In generale, il metodo spray raggiunge solo le specie che mangiano fuori terra e all’esterno della pianta.

Gli agenti a base di RNA sembrano aggirare un problema: lo sviluppo di resistenza dovuto ad adattamenti genetici nei parassiti. “Di solito si ha a che fare con diverse strutture bersaglio contemporaneamente. È molto improbabile che mutiate tutte contemporaneamente”, afferma Kugel.

Secondo l’Agenzia federale dell’ambiente, le vendite annuali di pesticidi in Germania ammontano a 35.000 tonnellate di principi attivi puri. L’importo netto dice poco sull’impatto sull’ambiente e sulla biodiversità. Ma è chiaro che sono necessarie alternative agli agenti chimici pericolosi. Certamente, i pesticidi a base di RNA da soli non possono risolvere il problema dei pesticidi. Ma possono contribuire a un’agricoltura rispettosa dell’ambiente.

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