РНК-интерференционные биопестициды

Двуцепочечная РНК, попавшая в клетку насекомого, распознаётся как след вирусной инфекции. Фермент Dicer-2 режет её на малые интерферирующие РНК длиной около 21 нуклеотида, одна из цепей загружается в комплекс RISC с белком Argonaute-2, и комплекс расщепляет любую мРНК, комплементарную этой цепи. Если выбранная мишень — жизненно важный ген, насекомое погибает. Специфичность здесь задаётся не биохимией мишени, а последовательностью, и в этом отличие от всех прочих классов инсектицидов.

Почему работает на жуках и плохо на чешуекрылых#

Механизм расщепления универсален, но до него ещё надо добраться. У жесткокрылых системная РНК-интерференция идёт эффективно: проглоченная dsRNA переживает содержимое кишечника, поглощается энтероцитами и сигнал распространяется по организму. Именно поэтому первые продукты нацелены на них — кукурузный корневой жук Diabrotica virgifera virgifera через экспрессируемую в кукурузе конструкцию DvSnf7, зарегистрированную EPA в 2017 году, и колорадский жук Leptinotarsa decemlineata через опрыскиваемый препарат ledprona, подавляющий субъединицу протеасомы PSMB5, — первый распылимый dsRNA-пестицид, зарегистрированный EPA в 2023 году.

У чешуекрылых тот же подход даёт слабый и невоспроизводимый ответ, и причины установлены. В просвете кишечника и в гемолимфе высока активность нуклеаз, разрушающих двуцепочечную РНК; среда средней кишки сильнощелочная; а то, что всё же поглощается эндоцитозом, в значительной мере остаётся запертым в эндосомах и не выходит в цитоплазму, где работает RISC. Это три отдельные преграды, и наносители, липидные комплексы и защита от нуклеаз адресуют разные из них.

Устойчивость возникает не там, где ожидается#

Логично было бы ждать устойчивости через мутации в целевой последовательности. Лабораторный отбор на кукурузном корневом жуке дал другое: устойчивость возникла за счёт нарушения поглощения dsRNA. Такой механизм не зависит от выбранной мишени, поэтому даёт перекрёстную устойчивость сразу ко всем последовательностям — смена мишени положения не спасает. Это меняет схему управления устойчивостью: ротировать нужно не последовательности, а классы действия.

Персистентность и оценка рисков#

Вне организма dsRNA живёт недолго. На поверхности листа и в почве её разрушают микробные нуклеазы и повреждает ультрафиолет, период полураспада измеряется часами и днями. Накопления в среде не происходит — но и остаточного защитного действия почти нет, и сроки обработок приходится совмещать с уязвимой фазой развития вредителя.

Оценка нецелевых эффектов ведётся не токсикологическим скринингом, а анализом последовательностей: ищут совпадения длиной в 21 нуклеотид и более между конструкцией и транскриптомами нецелевых видов, поскольку 21 нуклеотид — это и есть рабочая единица siRNA. Метод прямой, но не исчерпывающий: RISC допускает частичные несовпадения, поэтому отсутствие точных совпадений снижает риск, а не исключает его. Именно на этом сосредоточены научные заключения EFSA и требования EPA к досье, а также отдельный вопрос о родственных нецелевых видах внутри того же семейства, где совпадения по последовательности наиболее вероятны.