Perfect 21-nucleotide matches to beneficial fungi are common in canonical antifungal dsRNA targets: an in-silico off-target hazard screen for spray-induced gene silencing
Diese Studie zeigt auf, dass die kanonischen antifungalen dsRNA-Targets, die beim durch Sprühen induzierten Gen-Silencing verwendet werden, häufig perfekte 21-Nukleotid-Übereinstimmungen mit nützlichen Pilzen aufweisen, was auf eine erhebliche Off-Target-Gefahr hindeutet, die von aktuellen regulatorischen Screening-Panels nicht erkannt wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Landwirte verlassen sich seit langem auf ein empfindliches Gleichgewicht der Natur, um ihre Nutzpflanzen zu schützen. Wenn ein schädlicher Pilz ein Feld angreift, wenden sie sich oft an nützliche Pilze – mikroskopisch kleine Verbündete, die Eindringlinge auf natürliche Weise bekämpfen. In den letzten Jahren ist eine neue Technologie entstanden, um diesen Verbündeten zu helfen: ein Spray aus doppelsträngiger RNA, einem Molekül, das wie ein präziser genetischer Schalter fungiert. Wenn dieses auf eine Pflanze gesprüht wird, gelangt das Molekül in die Zellen eines spezifischen Schadorganismus und schaltet ein lebenswichtiges Gen aus, wodurch die Fähigkeit des Organismus zu überleben effektiv unterbunden wird. Das Versprechen dieser Methode, bekannt als spray-induziertes Gen-Silencing, ist ihre perfekte Spezifität. Da der genetische Schalter nur funktioniert, wenn das Molekül exakt mit der DNA des Schädlings übereinstimmt, glaubten Wissenschaftler, dass dies alle anderen Lebensformen, einschließlich der nützlichen Pilze, völlig unberührt lassen würde. Diese Vorstellung war die Grundlage dafür, diese Sprays aus dem Labor in Richtung der kommerziellen Nutzung zu bewegen.
Ein neuer Bericht deutet jedoch darauf an, dass die Annahme von perfekter Sicherheit, wenn es um Pilze geht, fehlerhaft sein könnte. Forscher der Universität Debrecen und der Universität für Landwirtschaft in Faisalabad beschlossen, die Sicherheit dieser Sprays gegen genau jene nützlichen Pilze zu testen, auf die Landwirte angewiesen sind. Sie konzentrierten sich auf die häufigsten Ziele für diese Sprays: Gene, die für das Überleben von Fusarium graminearum, einem zerstörerischen Erreger, der Weizen und Gerste angreift, essenziell sind. Das Team stellte eine einfache, aber kritische Frage: Wenn man ein Spray entwirft, um ein Gen in diesem „schlechten“ Pilz auszuschalten, enthält dasselbe Spray dann versehentlich eine genetische Sequenz, die mit einem Gen in einem „guten“ Pilz übereinstimmt?
Um die Antwort zu finden, nutzten die Wissenschaftler eine computergestützte Screening-Methode. Sie nahmen die genetischen Baupläne von zwölf verschiedenen Spray-Designs, die auf essenzielle Gene abzielten, wie etwa jene, die Zellwände aufbauen oder dem Pilz helfen zu atmen. Sie verglichen diese Designs anschließend mit den genetischen Bauplänen von sieben verschiedenen nützlichen Pilzen. Dazu gehörten gängige biologische Kontrollmittel wie Trichoderma und Metarhizium, die weit verbreitet zur Pflanzenprotektion eingesetzt werden, sowie eine Art Bodenpilz, der Pflanzen hilft, Nährstoffe aufzunehmen. Die Forscher suchten nach Übereinstimmungen, die exakt einundzwanzig Buchstaben lang waren – eine Länge, die bekanntlich ausreicht, um den genetischen Schalter in einem Pilz auszulösen.
Die Ergebnisse waren frappierend. Elf von zwölf Spray-Designs enthielten mindestens eine perfekte Übereinstimmung mit einem Gen in einem nützlichen Pilz. In einigen Fällen waren die Übereinstimmungen zahlreich. Ein Design, das auf ein spezifisches Strukturprotein im „schlechten“ Pilz abzielte, enthielt 580 perfekte Übereinstimmungen mit Genen nützlicher Pilze. Diese Übereinstimmungen waren keine zufälligen Fehler; sie traten auf, weil der „schlechte“ Pilz und die „guten“ Pilze enge Verwandte im Stammbaum des Lebens sind. Sie teilen dieselben essenziellen Gene, und da sich diese Gene über Millionen von Jahren kaum verändert haben, sind ihre genetischen Sequenzen nahezu identisch. Die Studie fand heraus, dass die Spray-Designs am wahrscheinlichsten die genetischen Schalter in jenen nützlichen Pilzen versehentlich auslösen, die die nächsten Verwandten des Schädlings sind.
Die Forscher untersuchten auch, ob dieses Problem behoben werden könnte, indem man den Ort der Spray-Konstruktion auf dem Gen verändert. Für einige der Zielgene fanden sie heraus, dass es möglich war, einen Abschnitt des Gens auszuwählen, der keine Übereinstimmungen mit den nützlichen Pilzen aufweist. Ein spezifisches Gen, CYP51C, erwies sich als völlig sicher, da es keinerlei Übereinstimmungen gab. Doch für andere Gene, wie etwa dasjenige, das für das zuvor erwähnte Strukturprotein kodiert, enthielt jeder mögliche Abschnitt des Gens eine gefährliche Übereinstimmung. Dies bedeutet, dass es für manche Ziele derzeit unmöglich ist, ein Spray zu entwerfen, das nicht versehentlich diese nützlichen Verbündeten beeinflusst.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Studie eine potenzielle Gefahr identifiziert hat, kein bestätigtes Desaster. Das Finden einer passenden genetischen Sequenz ist wie das Finden eines Schlüssels, der in ein Schloss passt; es bedeutet nicht, dass der Schlüssel bereits gedreht wurde oder die Tür sich geöffnet hat. Ob das Spray die nützlichen Pilze in einem realen Feld tatsächlich schädigt, hängt von vielen anderen Faktoren ab, wie etwa, ob die Pilze das Spray aufnehmen können, ob das Spray lange genug im Boden überlebt und ob die Pilze die interne Maschinerie besitzen, um darauf zu reagieren. Die Studie untersuchte diese realen Bedingungen nicht. Die Ergebnisse heben jedoch eine signifikante Lücke in der aktuellen Sicherheitsprüfung hervor. Die regulatorischen Richtlinien für diese Sprays beinhalten derzeit keine nützlichen Pilze in ihren Sicherheitskontrollen, was bedeutet, dass diese potenziellen Übereinstimmungen übersehen wurden.
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Annahme, die Technologie sei automatisch sicher für alle Pilze, trotz ihres großen Versprechens nicht korrekt ist. Die enge Verwandtschaft zwischen Nutzpflanzenschädlingen und nützlichen Pilzen bedeutet, dass ein Spray, das darauf ausgelegt ist, einen zu töten, leicht die genetische Anweisung mit sich führen kann, auch den anderen auszuschalten. Die Forscher schlagen vor, dass vor der Zulassung dieser Sprays für den breiten Einsatz eine Überprüfung gegen die genetischen Baupläne der nützlichen Pilze erfolgen muss, auf die Landwirte angewiesen sind. Durch dies könnten Wissenschaftler die Sprays so umgestalten, dass diese versehentlichen Übereinstimmungen vermieden werden, um sicherzustellen, dass die Werkzeuge zum Schutz der Nutzpflanzen nicht unbeabsichtigt die natürlichen Verbündeten schädigen, die den Boden gesund halten.
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