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
이 연구는 스프레이 유도 유전자 침묵 기술에 사용되는 전형적인 항진균 dsRNA 표적들이 유익한 균류와 완벽하게 일치하는 21-뉴클레오타이드 서열을 빈번하게 포함하고 있음을 밝혀냈으며, 이는 현재의 규제 심사 패널이 감지하지 못하는 상당한 오프타겟 위험을 나타낸다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 동료 심사를 거치지 않은 프리프린트의 AI 생성 설명입니다. 의학적 조언이 아닙니다. 이 내용을 바탕으로 건강 관련 결정을 내리지 마세요. 전체 면책 조항 읽기
농부들은 오랫동안 작물을 보호하기 위해 자연의 섬세한 균형에 의존해 왔습니다. 해로운 곰팡이가 밭을 공격할 때, 그들은 종종 유익한 곰팡이, 즉 침입자와 자연스럽게 싸우는 미생물 동맹군에게 도움을 구합니다. 최근 몇 년 사이, 이 동맹군을 돕기 위한 새로운 기술이 등장했습니다. 바로 정밀한 유전적 스위치 역할을 하는 분자인 이중 가닥 RNA로 만든 스프레이입니다. 식물에 뿌려지면, 이 분자는 특정 해충 곰팡이의 세포로 들어가 필수적인 유전자를 침묵시켜, 해당 생명체의 생존 능력을 효과적으로 꺼버립니다. '스프레이 유도 유전자 침묵(spray-induced gene silencing)'이라고 알려진 이 방법의 약속은 완벽한 특이성에 있습니다. 이 유전적 스위치는 분자가 해충의 DNA와 정확히 일치할 때만 작동하기 때문에, 과학자들은 이 기술이 유익한 곰팡이를 포함한 다른 모든 생명체에는 전혀 영향을 주지 않을 것이라고 믿었습니다. 이러한 생각은 이 스프레이를 실험실에서 상업적 이용 단계로 옮기는 토대가 되었습니다.
하지만 새로운 연구는 곰팡이에 있어서 이러한 완벽한 안전성이라는 가정이 틀렸을 수도 있음을 시사합니다. 데브레치 대학교와 파이살라바드 농업 대학교의 연구진은 농부들이 의존하는 바로 그 유익한 곰팡이에 대해 이 스프레이의 안전성을 테스트하기로 했습니다. 그들은 이 스프레이의 가장 흔한 표적인, 밀과 보리를 공격하는 파괴적인 병원균인 Fusarium graminearum의 필수 유전자에 초점을 맞췄습니다. 연구팀은 단순하지만 결정적인 질문을 던졌습니다. 만약 나쁜 곰팡이의 유전자를 침묵시키도록 설계된 스프레이를 만든다면, 그 스프레이가 우연히 좋은 곰팡이의 유전자와 일치하는 유전 서열을 포함하게 되지 않을까?
이 질문의 답을 찾기 위해 과학자들은 컴퓨터 기반의 스크리닝 방법을 사용했습니다. 그들은 세포벽을 만들거나 곰팡이가 숨을 쉬는 것을 돕는 것과 같은 필수 유전자를 표적으로 하는 12가지 서로 다른 스프레이 설계의 유전 청사진을 가져왔습니다. 그런 다음 이 설계들을 7가지 서로 다른 유익한 곰팡이의 유전 청사진과 비교했습니다. 여기에는 작물을 보호하기 위해 널리 사용되는 Trichoderma 및 Metarhizium과 같은 일반적인 생물학적 방제제와 식물의 영양분 흡수를 돕는 토양 곰팡이가 포함되었습니다. 연구진은 곰팡이의 유전적 스위치를 작동시키기에 충분한 길이로 알려진 21개의 글자가 정확히 일치하는 부분을 찾았습니다.
결과는 놀라웠습니다. 12가지 스프레이 설계 중 11가지가 유익한 곰팡이의 유전자와 적어도 하나 이상의 완벽한 일치 항목을 포함하고 있었습니다. 어떤 경우에는 일치하는 부분이 매우 많았습니다. 특정 구조 단백질을 표적으로 하는 한 설계는 유익한 곰팡이의 유전자와 580개의 완벽한 일치 항목을 가지고 있었습니다. 이러한 일치는 무작위적인 오류가 아니었습니다. 이는 나쁜 곰팡이와 좋은 곰팡이가 생명의 나무에서 가까운 친척 관계이기 때문에 발생했습니다. 그들은 동일한 필수 유전자를 공유하며, 수백만 년 동안 그 유전자들이 거의 변하지 않았기 때문에 유전 서열이 거의 동일합니다. 연구는 스프레이 설계가 해충의 가장 가까운 친척인 유익한 곰팡이의 유전적 스위치를 우연히 작동시킬 가능성이 가장 높다는 것을 발견했습니다.
연구진은 유전자의 어느 부분을 설계하느냐를 변경함으로써 이 문제를 해결할 수 있는지 조사했습니다. 일부 표적 유전자의 경우, 유익한 곰팡이와 일치하는 부분이 없는 유전자의 섹션을 선택하는 것이 가능하다는 것을 발견했습니다. 특히 CYP51C라는 특정 유전자는 일치하는 부분이 전혀 없는 완전히 안전한 것으로 나타났습니다. 그러나 앞서 언급한 구조 단백질을 코딩하는 유전자와 같은 다른 유전자들의 경우, 유전자의 모든 가능한 섹션에 위험한 일치 항목이 포함되어 있었습니다. 이는 특정 표적에 대해서는 유익한 동맹군에 영향을 주지 않도록 스프레이를 설계하는 것이 현재 불가능하다는 것을 의미합니다.
이 연구가 잠재적인 위험을 식별한 것이지, 확정된 재앙을 확인한 것은 아니라는 점을 유념하는 것이 중요합니다. 일치하는 유전 서열을 찾는 것은 자물쇠에 맞는 열쇠를 찾는 것과 같습니다. 그것이 반드시 열쇠가 돌아갔다거나 문이 열렸음을 의미하지는 않습니다. 이 스프레이가 실제 현장에서 유익한 곰팡이에 실제로 해를 끼칠지 여부는 곰팡이가 스프레이를 흡수할 수 있는지, 스프레이가 토양에서 충분히 오래 살아남는지, 그리고 곰팡이가 이에 반응할 내부 기제를 갖추고 있는지와 같은 많은 다른 요인에 달려 있습니다. 이 연구는 이러한 실제 환경 조건을 테스트하지 않았습니다. 그러나 이번 연구 결과는 현재의 안전성 테스트에 상당한 공백이 있음을 강조합니다. 이 스프레이에 대한 규제 지침에는 현재 유익한 곰팡이에 대한 안전성 검사가 포함되어 있지 않으며, 이는 이러한 잠재적 일치 항목들이 간과되었음을 의미합니다.
연구는 이 기술이 큰 가능성을 품고 있지만, 모든 곰팡이에 대해 자동으로 안전하다는 가정은 틀렸다고 결론짓습니다. 작물 해충과 유익한 곰팡이는 밀접한 관계에 있기 때문에, 하나를 죽이도록 설계된 스프레이가 다른 것을 침묵시키는 유전적 명령을 쉽게 전달할 수 있습니다. 연구진은 이 스프래이들이 널리 사용되도록 승인되기 전에, 농부들이 의존하는 유익한 곰팡이의 유전 청사진에 대해 반드시 스크리닝을 거쳐야 한다고 제안합니다. 그렇게 함으로써 과학자들은 우발적인 일치를 피하도록 스프레이를 재설계하여, 작물을 보호하기 위해 사용하는 도구가 토양을 건강하게 유지하는 자연적 동맹군을 본의 아니게 해치지 않도록 보장할 수 있습니다.
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