Biologická ochrana (12): Technologie RNAi - pesticidy a další aplikace

26. 05. 2025 Ing. Jiří Nermuť, Ph.D.; Biologické centrum AV ČR, v.v.i. Škůdci Zobrazeno 522x

Hmyzí škůdci představují obrovskou hrozbu pro produkci plodin po celém světě. Masivní používání chemických insekticidů vede dříve či později ke vzniku rezistence hmyzu k těmto látkám. Spolu se snahou o minimalizaci znečištění životního prostředí dochází v posledních letech k vývoji řady nových šetrných postupů. RNA interference (RNAi) je jedním z nich. Světlo světa spatřila jako laboratorní metoda usnadňující studium funkce genů a dnes je centrem zájmu mnoha výzkumných týmů, které se zaměřují na ochranu rostlin proti různým škůdcům.

Do setí řepky je nyní ještě spousta času, avšak v našich končinách se ujal zvyk porozhlédnout se okolo, jak která řepka vypadá a přemýšlet o budoucích kandidátech na výsev už teď. Můžeme dokázat, že nabídka odrůd řepky společnosti Limagrain je komplexní a zahrnuje hybridy vhodné do všech podmínek a na každé pole.

Metody RNAi se využívá například proti broukům

Možnosti využít technologie RNAi jsou poměrně široké, studie probíhaly a probíhají nejen na řadě druhů brouků, motýlů a dalších škůdců, ale i na původcích chorobách rostlin. Více jsme se této problematice věnovali v jednom z minulých článků v loňském roce.

Výhody a nevýhody RNAi

Výhodou RNAi je především mechanizmus účinku, který je prakticky zcela druhově specifický, čímž se tyto látky vyhýbají vedlejším účinkům na necílové organizmy (např. přirozené nepřátele a opylovače).

Jedna z nevýhod RNAi pro regulaci škůdců souvisí s mechanizmem doručení účinné látky do těla organizmu. Jedná se o poměrně velké molekuly, které obtížně pronikají do těla skrze kutikulu i stěnu střeva. Problém je i nízká stabilita RNA v prostředí.

Tento problém však, jak se zdá, má také řešení. Je jím využití nanotechnologií, pomocí kterých je možné účinnou látku zabalit, ochránit před nepřízní vnějšího prostředí a následně dostat do těla cílového škůdce, např. jako požerový přípravek. Pomocí nanonosičů se tak podařilo kupříkladu úspěšně, zatím ale jen v laboratorním měřítku, vyřešit příjem látky u blýskavky kukuřičné (Spodoptera frugiperda), což je poměrně významný úspěch, neboť motýli se dosud zdáli být pro použití této technologie poměrně odolní, na rozdíl od brouků. Inovativní formulace tak zřejmě otevře dveře k rozšíření spektra cílových škůdců.

Využití metody RNAi v zemědělství

S využitím technologie RNAi jsou na zahraničních trzích dostupné např. kukuřice, brambory, vojtěška nebo sója

Technologická řešení, bezpečnost a výhledy do budoucna

Zajímavou technologií, jak vnést účinnou dvouřetězcovou RNA (dsRNA) do cílového organizmu, představuje možnost využít modifikované hmyzí viry a bakterie, které po vniknutí do svého hostitele spustí produkci dsRNA. Ta pak už známým mechanizmem hostitele spolehlivě zahubí. Úspěchu s tímto přístupem bylo dosaženo například u geneticky modifikované (GM) houby Metarhizium anisopliae a saranče stěhovavé, která je touto houbou běžně napadána. Po drobné genetické úpravě mortalita sarančí prudce stoupla, právě díky tomu, že v těle hmyzu po infekci začaly být produkovány molekuly dsRNA, které saranče zahubily. I zde je pochopitelně účinek přísně specifický na konkrétního škůdce. Pokud by houba napadla jiný druh organizmu, a to je samozřejmě možné, pak by tento organizmus čelil pouze infekci houby. Příslušná dsRNA by v jeho těle neměla žádný účinek. V tomto bodě se však dostáváme na velmi tenký led GM organizmů, které zatím představují společensky nepřijatelné riziko.

Další možností, jak využít tuto technologii, je zaměřit se na antifeedantní efekt, ať už po pozření látky aplikované na list, nebo pozření listu GM plodiny. Škůdce, který nemůže přijímat potravu, z pohledu zemědělce pochopitelně žádný problém nepředstavuje. Buď odejde nebo zemře hladem, případně se stane kořistí nějakého predátora. Těch se ostatně v prostředí s minimem aplikovaných pesticidů bude vyskytovat bezpochyby významně více.

Tím se ovšem dostáváme k otázce bezpečnosti. Ačkoliv jsou RNAi pesticidy obecně považovány za velice bezpečné pro necílové organizmy, postupně se objevují studie, které poněkud krotí prvotní optimismus. I dsRNA, navržená pro konkrétního škůdce, může mít na blízce příbuzné necílové druhy znatelný biologický efekt, byť podstatně menší než v případě neselektivních pesticidů. Nicméně je to důvod k tomu i v případě této technologie provádět velmi důkladné studie, abychom se nastíněným problémům do budoucna v maximální možné míře vyhnuli.

Nově se kupříkladu potvrzuje, že technologie RNAi má také velký potenciál jako inovativní strategie pro regulaci roztočů. Již byly identifikovány geny a navržena k nim odpovídající dsRNA s jasným účinkem na svilušku chmelovou (Tetranychus urticae). Nabízí se tak možnost vývoje nových akaricidních přípravků pro aplikaci v systémech, kde je využití dravých roztočů nebo jiných predátorů z různých důvodů obtížné či nemožné. I tady je však nutné pamatovat na příbuzné dravé roztoče, kteří by se mohli stát nezamýšlenou obětí. Zatím se však zdá, že například pro roztoče Neoseiulus barkeri jsou dsRNA, navržené proti sviluškám, zcela bezpečné.

Většina postřikových aplikací zatím cílí na hmyz, některé ale fungují i proti sviluškám

Uplatnění RNAi v zemědělské praxi

Prozatím jsme se ale v tomto i předchozím článku bavili jenom takříkajíc akademicky. Otázka však zní, zda může celé tohle kouzlo moderní vědy nějak využít zemědělec? Odpověď zní ano. Zatím se z této technologie mohou těšit jen farmáři v USA, Kanadě, Číně a Japonsku. U nás v Evropě to bude o něco složitější a zdlouhavější. A o co tady jde? Jedná se o VT4PRO a SmartStax PRO s RNAi technologií v podání společnosti Bayer, tedy o GM kukuřice.

I když se nám to v Evropě může zdát jako sci-fi, zas taková hudba budoucnosti RNAi na trhu není. Faktem je, že 1. produkt tohoto druhu byl schválen americkými regulátory v roce 2017, a později také čínskými regulátory v roce 2021. Kukuřice Bayer SmartStax Pro (Mon87411) kombinuje expresi toxinu Bacillus thuringiensis (Bt) Cry3Bt1 s odolností proti glyfosátu a expresi dsRNA, zaměřenou na gen Snf7 bázlivce kukuřičného (Diabrotica virgifera virgifera). Zatímco za mořem se více orientují právě na GM plodiny, Evropa se svým konzervativním přístupem zvolila podstatně složitější a nákladnější strategii vývoje RNAi pesticidů. To pochopitelně nemusí být nutně chybný přístup. Jistě oba způsoby využití téže technologie najdou na trhu své místo, ovšem využitím RNAi v podobě GM plodin odpadá spousta otázek a problémů, které je nutné řešit u přípravků na této bázi.

RNAi je však dnes využívána nejen k managementu škůdců, ale i pro zlepšení kvality plodin. Příkladem může být sója Bayer Vistive gold (Mon87705) nebo australská Super-High Oleic slunečnice. A pokračovat bychom mohli bramborami Innate od Simplotu. U těchto brambor RNAi snižuje tvorbu akrylamidu a zlepšuje kvalitu škrobu. U vojtěšky od firmy Forage Genetics je zase snížen obsah ligninu, což činí plodinu stravitelnější pro dobytek. V budoucnosti se očekává nárůst aplikací s cílem zlepšování kvality rostlinných produktů, včetně vývoje bezsemenných plodů, regulace biomasy rostlin, barvy květin, rozvoje vůně, prodloužení trvanlivosti, regulace množství sekundárních metabolitů a tolerance vůči abiotickému stresu. Míst, kde se s touto technologií budeme do budoucna potkávat, je tak opravdu hodně.

Závěr

Aplikace dsRNA má obrovský potenciál nahradit v regulaci populací škůdců tradiční chemické pesticidy novými vysoce specifickými produkty, které budou udržitelné a šetrné k životnímu prostředí. Polní pokusy potvrzují účinnost těchto přístupů, založených jak na aplikaci dsRNA postřikem, tak na využití technologie RNAi formou GM plodin, čímž podporují jejich přenos na trh. Nicméně, protože se jedná o nové aktivní sloučeniny, současné regulační struktury čelí výzvě na vytvoření funkčního právního rámce, který by se s takovými produkty dokázal vyrovnat.

Inspirací by v tomto případě mohla být například Austrálie. Naléhavá je však i potřeba dobře definovaného postupu hodnocení rizik. Tato analýza by měla zahrnovat nejen dsRNA jako aktivní složku, ale také zohlednit efekt různých formulací. Metody zavedené před desítkami let pro zcela odlišné látky těmto novým přístupům nepostačují. Navzdory obavám a strachu z nového a nepoznaného, technologie RNAi si stále více a sebevědomě razí cestu na světový trh a je pouze otázkou času, kdy i naši zemědělci budou mít příležitost využít tohoto Nobelovou cenou oceněného objevu.

Tento článek byl vytvořen s finanční podporou programu Interreg Bavorsko - Česko v rámci projektu BYCZ01-039 AIIC.