18. 10. 2022
Akaricid fungující na principu RNA-interference a cílený výhradně na roztoče Varroa destructor vyvinuli v Bayer Crop Science. Nyní úspěšně otestovali jeho nežádoucí dopady na jiné druhy hmyzu.
Varroa destructor páchá škody na včelstvech jak přímo jako cizopasník, tak i nepřímo jako přenašeč řady infekčních chorob včely medonosné. Akaricidy používané k jeho hubení jsou ovšem nespecifické a mohou poškodit pestrou škálu bezobratlých organismů včetně včel. Navíc se ukazuje, že si roztoč vůči nim postupně vyvíjí rezistenci. Vědci z Bayer Crop Science tak už před několika lety vyvinuli akaricid zacílený zcela specificky na roztoče Varroa destructor. Využili k tomu přírodní fenomén RNA-interference, za jehož objev získali v roce 2006 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu američtí vědci Andrew Fire and Craig Mello. Původním účelem RNA-interference bylo bránit buňky proti virovým nákazám. Ale později se z ní vyvinul mechanismus pro regulaci genů.
Geny jsou tvořené úseky na dvojité šroubovici DNA a buňky si podle jejich instrukce vytvářejí jednoduché šroubovice mRNA. Ty jsou následně buňkou použity jako předloha pro syntézu bílkovin. Tok genetické informace z DNA přes mRNA do proteinu se označuje za ústřední dogma molekulární biologie. Bílkoviny se podílejí na všech životních procesech, například jako enzymy pro trávení potravy, receptory přijímající signály v mozku nebo jako protilátky chránící organismus před viry a bakteriemi.
K cílenému rozkladu RNA čili k její interferenci dochází zcela přirozeně jak v organismu rostlin, tak i u živočichů včetně člověka. Interferenci spustí nově vytvořená dvojitá šroubovice RNA. V její přítomností se spustí proces, při kterém je cíleně ničena jednoduchá šroubovice RNA určená jako předloha pro produkci určité bílkoviny.
Velký význam má tento proces pro regulaci genů. Pokud v důsledku RNA-interference dojde ke zničení mRNA syntetizované podle určitého genu, chová se buňka podobně, jako kdyby tento gen vůbec neměla. Nevzniká v ní bílkovina kódovaná příslušným genem. V humánní medicíně se proto zkouší léčba některých chorob vnášením speciálně konstruovaných dvojitých šroubovic RNA. V buňkách nemocné tkáně nebo orgánu se tak „vymaže“ bílkovina, jejíž nežádoucí aktivita je příčinou choroby.
Obavy z vedlejších účinků
Vědci z Bayer Crop Science vytvořili dvojitou šroubovici RNA zacílenou zcela specificky na mRNA, podle které si roztoč Varroa destructor vyrábí bílkovinu kalmodulin. Tato bílkovina se podílí na řízení mnoha životně důležitých procesů. Pokud se taková dvojitá šroubovice RNA dostane do organismu roztoče, zablokuje tam produkci kalmodulinu a vyřadí příslušné životní pochody z činnosti. Pro silný účinek RNA-interference je důležité, aby pořadí písmen genetického kódu ve dvojité šroubovici RNA odpovídalo pořadí písmen genetického kódu v cílové jednoduché šroubovici RNA vzniklé podle genu pro kalmodulin.
„Léčebná“ dvojitá šroubovice RNA pro interferenci se přidává do cukerného roztoku, který včely přímo konzumují, nebo ho ukládají do buněk s plodem. Larvy i dělnice tak přijímají dvojité šroubovice RNA s potravou. Do organismu roztoče se pak může tato dvojitá šroubovice RNA dostat buď přímo z cukerného roztoku v buňce s plodem, nebo z těla parazitovaného plodu, popřípadě i z těla napadené dospělé včely. Při experimentech se podařilo tímto způsobem srazit napadení včel roztočem Varroa destructor na třetinu. Důležité je, aby se v dědičné informaci včely nenacházely úseky, které se se shodují s cílovým úsekem genu pro kalmodulin roztoče Varroa destructor, protože pak by dvojité šroubovice RNA včelám tento gen blokovaly, což by se následně projevilo nežádoucími vedlejšími účinky. Včely však při konzumaci dvojité šroubovice RNA zacílené proti roztoči nijak netrpí a normálně prosperují. Dokazuje to, že tedy k nežádoucí RNA-interferenci u včel nedochází. To však pro zavedení RNA-interference do ochrany včel proti varroáze nestačí. Léčba totiž musí být zároveň bezpečná i z ekologického hlediska a nesmí ubližovat rostlinám ani živočichům.
RNA-interference a motýli
Nová studie amerických vědců vedených Stevenem Bradburym z Iowa State University ověřila možné nežádoucí dopady léčby varroázy RNA-interferencí na další necílové druhy hmyzu. Analýzy genomu širšího okruhu hmyzích druhů odhalily, že housenky některých druhů motýlů mají jednoduchá vlákna mRNA, která se zčásti kryjí s úsekem dvojité šroubovice RNA zacílené proti roztoči Varroa destructor. To otevírá teoretickou možnost nežádoucích dopadů na tyto motýly, konkrétně na monarchu stěhovavého (Danaus plexipus).
Vědci nanesli na listy klejichy, jimiž se housenky monarchů živí, dvojitou šroubovici RNA zacílenou na roztoče Varroa destructor a těmito listy pak krmili housenky po celou dobu jejich vývoje až do zakuklení. Pro experiment byly u části housenek použity čisté neošetřené listy. Pro důkladné ověření pak byly některé housenky krmeny listy ošetřenými arzénem a další pak dostávaly listy s dvojitou šroubovicí RNA zacílenou přímo na gen pro kalmodulin motýla monarchy stěhovavého.
Motýli hynuli jen při konzumaci listů ošetřených arzénem, zatímco RNA-interference zacílená proti kalmodulinu roztoče Varroa destructor jim ani v nejmenším ne- ublížila. To znamená, že použití tohoto způsobu hubení roztoče nebude mít negativní dopad na populace volně žijících motýlů. Zajímavé je, že housenkám monarchy stěhovavého neublížila ani dvojitá šroubovice RNA zacílená na jejich vlastní kalmodulin. Motýli zřejmě vládnou nějakým obranným mechanismem, kterým nebezpečnou dvojitou šroubovici RNA inaktivují.
Housenky jsou tak chráněny před nežádoucími vedlejšími účinky RNA-interference zacílené na kalmodulin roztočů Varroa destructor přinejmenším dvěma odlišnými mechanismy. Použitá dvojitá šroubovice RNA nedokáže připravit motýla o jeho vlastní kalmodulin a navíc je její akce blokována nějakým blíže nespecifikovaným obranným mechanismem.
Jaroslav Petr
Zdroj: Krishnan, N., Hall, M. J., Hellmich, R. L., Coats,
J. R., & Bradbury, S. P. (2021). Evaluating toxicity
of Varroa mite (Varroa destructor)-active dsRNA to
monarch butterfly (Danaus plexippus) larvae. PloS
one, 16(6), e0251884.
Foto: Wikipedia
Armon – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0, https://
commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=
1139904
Vossman – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0, https://
commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=
7115139
