Kan en matväxt vaccineras? En ny sorts växtskyddsmetod i sikte

Man vill införa en ny teknologi också inom växtskyddet istället för de traditionella växtskyddsmedlen. Det här gäller i synnerhet matväxter, exempelvis säd. Ett nytt samarbetsprojekt mellan forskare vid Helsingfors universitet och vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS) belyser naturvänliga växtvacciners funktion i kampen mot växtsjukdomar och växtskadegörare.

Växtsjukdomar och växtskadegörare förorsakar massiva skördeförluster och utgör ett hot mot den globala matsäkerheten. I kampen mot växtsjukdomar och växtskadegörare har man traditionellt förlitat sig på kemiska bekämpningsmedel, som sprids ut vitt och brett i vår miljö. De utgör en potentiell risk såväl för människans hälsa, nyttoorganismer som för miljön.

– Ett nytt tillvägagångssätt inom växtskyddet är att vaccinera växterna mot sjukdomsalstrare genom att använda  dubbelsträngade RNA-molekyler, som kan besprutas direkt på växtens blad, berättar docent Minna Poranen från Bio- och miljövetenskapliga fakultetens forskningsprogram för molekylära och integrativa biovetenskaper.

Vaccinet startar en mekanism i växten som kallas för RNA-störning. Mekanismen är en naturlig försvarsmekanism mot sjukdomsalstrare hos växter, djur och andra eukaryota organismer. Vaccinet kan riktas mot den önskade sjukdomsalstraren genom att det i vaccinet används RNA-molekyler med en bassekvens som efterliknar bassekvensen i skadegörarens gener och vilka på så sätt förhindrar uppkomsten av dessa gener. 

RNA vaccined plants

Till vänster två växter som har fått rna-vaccin, och till höger växter som inte har vaccinerats. De har alla utsatts för en virusinfektion. Vaccinet har skyddat de vaccinerade växterna mot den virussjukdom som drabbat de växter som inte vaccinerats. (credit: Annette Niehl and Manfred Heinlein, Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (IBMP), CNRS, France).​​​​​​​

Den skyddade växtens gener påverkas alltså inte av de dubbelsträngade RNA-molekylerna, utan dessa riktas endast mot växtsjukdomen eller växtskadegöraren. RNA är en molekyl som även förekommer allmänt i naturen. Den sönderfaller snabbt och ansamlas inte i naturen.

– Produktion av RNA-molekyler har varit en utmaning för arbetet med att ta fram RNA-baserade växtvacciner . Dubbelsträngade RNA-molekyler har producerats med kemisk syntes såväl till medicinmolekyler som för forskningens behov, men för växtskyddets behov är sådana produktionssätt ineffektiva och dyra, konstaterar Poranen.

Som en del i forskningsprogrammet Syntetisk biologi vid Finlands Akademi har Poranens grupp utvecklat ett nytt sätt att producera dubbelsträngade RNA-molekyler. I samarbete med forskarna vid CNRS har gruppen påvisat vilken effekt RNA-vacciner producerade på detta sätt har mot växtvirusinfektioner.  I metoden utnyttjas RNA-kopieraren hos bakteriofagen, alltså hos det bakterieförstörande viruset, och RNA- produktionen sker i bakteriecellerna. Den nya metoden möjliggör en effektiv produktion av RNA-vacciner i fortsättningen och främjar utvecklandet och ibruktagandet av RNA-baserade växtskyddsmetoder.

– Det är svårt att förutspå när vaccinet kan tas i bruk, eftersom det ännu inte finns någon lagstiftning om detta, säger Poranen

Originalartikel:

Niehl Annette, Soininen Marjukka, Poranen Minna, Heinlein Manfred (2018). Synthetic biology approach for plant protection using dsRNA. Plant Biotechnology Journal.
doi: 10.1111/pbi.12904.