El ARN como futuro control de plagas

HUn viejo dilema: las plagas pueden destruir la agricultura y causar enormes pérdidas de cultivos. Los pesticidas que matan las plagas a menudo contaminan el medio ambiente y, a su vez, contaminan los cuerpos de agua o amenazan las especies beneficiosas. Los científicos han estado buscando pesticidas basados ​​en la molécula de ARN, que es un ácido nucleico, durante algún tiempo. Apunta a atacar las plagas de manera específica y comprométete a no contaminar el medio ambiente si está libre de químicos. ¿Pueden proporcionar una salida al callejón sin salida?

El nuevo método se basa en un mecanismo de defensa en plantas y animales que en realidad está dirigido contra los virus. Se llama interferencia de ARN, o RNAi para abreviar. El Premio Nobel de Fisiología/Medicina 2006 fue otorgado por su descubrimiento.

“Básicamente, el ARN funciona como el sistema inmunológico”, explica Georg Bucher del Departamento de Genética Evolutiva del Desarrollo de la Universidad de Göttingen. “Se activa una vez que el ARN de doble cadena ingresa a las células”. El ARN de doble cadena generalmente no se encuentra en las células vegetales y animales, pero está presente en muchos virus. “Si una célula reconoce tal molécula, hace sonar la alarma y corta la molécula en pedazos pequeños”. Estos fragmentos luego sirven como plantillas para destruir todo lo que tiene la misma estructura: el virus se destruye.

¿Qué tiene esto que ver con los pesticidas? La idea detrás de esto es dirigir el mecanismo de defensa, que también tienen las plagas, contra sus propias estructuras corporales. “Básicamente estamos creando una enfermedad autoinmune”, dice Bucher. “Le damos a las plagas uno de sus propios genes en forma de ARN de doble cadena. Y suponiendo que se trate de un virus, se atacan a sí mismos, por así decirlo”. la información genética que contienen.

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El primer paso para desarrollar un pesticida de este tipo: debe encontrar un gen que sea vital para la plaga o, como dice Karl-Heinz Kugel del Instituto de Fitopatología de la Universidad de Giessen: “La falla genética debe ser fatal”. en principio, hay opciones. Según los estudios, alrededor del 40 por ciento de todos los genes de los insectos son esenciales, por lo que su falla conduce a la muerte. Sin embargo, para la aplicación, es fundamental encontrar los genes o secciones de genes (secuencias) que conducen a la muerte lo antes posible después de la activación del ARNi.

Además, la secuencia utilizada debe elegirse de forma que sólo se produzca en plagas pero no en especies inofensivas. Entonces el ARNi muestra su poder: solo esta plaga mata. “Esa es la belleza del estilo, es muy específico para el género que quieres lograr”, dice Bucher. Las reacciones cruzadas se pueden conceptualizar en dos tipos estrechamente relacionados. “Pero entonces hay una alta probabilidad de que ambos tipos de plagas”.

Detectar esos genes asesinos y la tipicidad de la especie no es un gran problema, dice Kugel. Las estructuras genéticas y su importancia para un organismo se han investigado durante décadas. Los genomas de muchas especies ahora se han secuenciado o se pueden secuenciar con poca anticipación si es necesario.

Sin embargo, seleccionar las estructuras más apropiadas lleva mucho tiempo, dice Bucher. Él es parte de un equipo de investigación que recientemente, en colaboración con Bayer CropScience, desactivó todos los genes del escarabajo rojo de la harina (Tribolium castaneum), una plaga de almacenamiento, uno por uno usando RNAi.

Documentamos los cambios que ocurrieron y examinamos cualquier pérdida de genes que condujera a la muerte. Así identificamos los genes más letales de unos 16.000″.iEscarabajoLa información obtenida también puede proporcionar información sobre la función genética en otras especies, lo que ayuda a identificar genes diana para el control de plagas basado en ARNi.

El ARN necesita volverse más estable.

Una vez que se ha encontrado un gen adecuado, el siguiente paso es producir un ARN de doble cadena que coincida exactamente con el gen elegido pero que no sea similar a las secuencias de otros animales. Ahora, este ARN de doble cadena debe insertarse en las lesiones para que su sistema de interferencia de ARN pueda ponerse en marcha. Un método es simplemente rociar el ARN sobre las plantas para que las plagas lo recojan mientras se alimentan.

El problema: el ARN es una biomolécula, no es particularmente estable. “Básicamente, no se puede aplicar el ARN por vía oral. Este se descompone rápidamente en el medio ambiente, en el suelo o en las hojas y también en el sistema digestivo de las plagas”, dice Kugel. Entonces, la pregunta de investigación más importante es: ¿Cómo puedo hacer que el ARN sea más estable? “Uno trata de mezclar el ARN con otros componentes que protegen a la molécula sensible”, dice Kugel. Los científicos hablan sobre la elaboración de ARN. De hecho, esto ha aumentado considerablemente la vida útil, de buena a unos diez días.

Si un agricultor detecta una infestación de plagas, puede combatirla con una solución de ARN pulverizable: una vez que las plagas comen las plantas tratadas, comienza la autodestrucción genética. “El efecto comienza después de unas seis horas, y después de un día vemos una disminución significativa en la actividad de los genes”, dice Kogel.

“En comparación con los agentes químicos, tarda más en hacer efecto y las plagas mueren”, dice Bucher. “Sin embargo, dejan de comer temprano”. En la mayoría de los casos, un solo rociado puede no ser suficiente para combatir una infestación de manera efectiva. La solución de ARN se diluye rápidamente en el medio ambiente, por ejemplo, cuando llueve o simplemente por el cultivo de plantas. Así que tienes que rociar de nuevo. En general, sin embargo, el enfoque puede clasificarse como práctico, dice Bucher.

Actualmente no está claro si el método se puede utilizar como medida preventiva para proteger contra la infestación de plagas. “La investigación aún no ha llegado. Se necesitarían pruebas de campo que duren varios años para investigar eso, y eso simplemente no existe todavía”.

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Otra forma de usar el sistema RNAi para el control de plagas es crear cultivos transgénicos que lleven las estructuras objetivo seleccionadas en su genoma: producen ARN de doble cadena que combate las plagas. “Este spray”, dice Coogle. “Dadas las reservas sobre las plantas genéticamente modificadas en este país, no soy particularmente optimista de que este enfoque tenga muchas posibilidades de éxito”.

Los primeros medicamentos basados ​​en ARNi ya han sido aprobados o están en proceso de aprobación. En el desarrollo de plaguicidas pulverizables basados ​​en ARNi, la Control del escarabajo de la patata de Colorado (Leptinotarsa ​​​​decemlineata) en foco. El año pasado, por ejemplo, la empresa canadiense Renaissance BioScience informó sobre experimentos exitosos con una configuración similar. El agente mató al 98 por ciento de las larvas del escarabajo de la patata de Colorado y redujo significativamente el daño a las plantas. empresas también Syngenta Y Biociencia de luz verde Están trabajando en agentes de ARNi contra el escarabajo de la patata de Colorado.

En los Estados Unidos, una de las empresas Bayer ha desarrollado una variedad de maíz modificado genéticamente Ya disponible, que utiliza ARN de interferencia para atacar al gusano de la raíz del maíz (Diabrotica virgifera virgifera). La temida plaga se origina en América Central, pero ahora está muy extendida en los Estados Unidos y Canadá, así como en Europa.

Lo que limita los posibles usos es el hecho de que no todas las plagas activan su sistema de interferencia de ARN cuando ingieren ARN de doble cadena. Además, muchos insectos producen enzimas que pueden descomponer el ARN de doble cadena, llamadas nucleasas. Hasta entonces no puede haber ningún efecto. En general, el método de aspersión solo alcanza a las especies que comen por encima del suelo y en el exterior de la planta.

Los agentes basados ​​en ARN parecen sortear un problema: el desarrollo de resistencia debido a adaptaciones genéticas en las plagas. “Por lo general, te enfrentas a varias estructuras objetivo al mismo tiempo. Es muy poco probable que todos muten al mismo tiempo”, dice Kugel.

Según la Agencia Federal de Medio Ambiente, las ventas anuales de pesticidas en Alemania ascienden a 35.000 toneladas de ingredientes activos puros. La cantidad neta dice poco sobre el impacto en el medio ambiente y la biodiversidad. Pero está claro que se necesitan alternativas a los peligrosos agentes químicos. Ciertamente, los pesticidas basados ​​en ARN por sí solos no pueden resolver el problema de los pesticidas. Pero pueden contribuir a una agricultura respetuosa con el medio ambiente.

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