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
Deze studie onthult dat canonieke antifungale dsRNA-doelwitten die worden gebruikt bij door sproeien geïnduceerde gen-silencing frequent perfecte 21-nucleotide matches bevatten met nuttige schimmels, wat wijst op een aanzienlijk off-target gevaar dat de huidige regulatoire screeningspanels niet detecteren.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Boeren vertrouwen al lang op een delicaat evenwicht in de natuur om hun gewassen te beschermen. Wanneer een schadelijke schimmel een veld aanvalt, wenden ze zich vaak tot nuttige schimmels—microscopische bondgenoten die de indringers van nature bestrijden. In de afgelopen jaren is er een nieuwe technologie ontstaan om deze bondgenoten te helpen: een spray gemaakt van dubbelstrengs RNA, een molecuul dat werkt als een precieze genetische schakelaar. Wanneer dit op een plant wordt gespoten, dringt het molecuul de cellen van een specifieke plaas schimmel binnen en schakelt het een essentieel gen uit, waardoor het vermogen van de organisme om te overleven effectief wordt uitgeschakeld. De belofte van deze methode, bekend als spray-induced gene silencing, is dat deze perfect specifiek is. Omdat de genetische schakelaar alleen werkt als het molecuul exact overeenkomt met het DNA van de plaag, geloofden wetenschappers dat het alle andere levensvormen, inclusief de nuttige schimmels, volledig ongemoeid zou laten. Dit idee vormde de basis voor het verplaatsen van deze sprays vanuit het laboratorium naar commercieel gebruik.
Echter, een nieuwe studie suggereert dat deze aanname van perfecte veiligheid gebrekkig kan zijn als het gaat om schimmels. Onderzoekers van de Universiteit van Debrecen en de Landbouwuniversiteit van Faisalabad besloten de veiligheid van deze sprays te testen tegenover juist die nuttige schimmels waar boeren op vertrouwen. Ze richtten zich op de meest voorkomende doelwitten voor deze sprays: genen die essentieel zijn voor het overleven van Fusarium graminearum, een destructieve pathogeen die tarwe en gerst aanvalt. Het team stelde een eenvoudige maar cruciale vraag: als je een spray ontwerpt om een gen in deze slechte schimmel uit te schakelen, bevat diezelfde spray dan per ongeluk een genetische sequentie die overeenkomt met een gen in een goede schimmel?
Om het antwoord te vinden, gebruikten de wetenschappers een computergestuurde screeningsmethode. Ze namen de genetische blauwdrukken van twaalf verschillende sprayontwerpen, die gericht waren op essentiële genen zoals die die celwanden bouwen of de schimmel helpen ademen. Vervolgens vergeleken ze deze ontwerpen met de genetische blauwdrukken van zeven verschillende nuttige schimmels. Deze omvatten veelvoorkomende biologische bestrijdingsmiddelen zoals Trichoderma en Metarhizium, die breed worden gebruikt om gewassen te beschermen, evenals een type bodemschimmel die planten helpt bij de opname van voedingsstoffen. De onderzoekers zochten naar overeenkomsten die precies eenentwintig letters lang waren, een lengte die bekend staat als voldoende om de genetische schakelaar in een schimmel te activeren.
De resultaten waren opmerkelijk. Elf van de twaalf sprayontwerpen bevatten ten minste één perfecte overeenkomst met een gen in een nuttige schimmel. In sommige gevallen waren de overeenkomsten talrijk. Eén ontwerp dat gericht was op een specifiek structureel eiwit in de slechte schimmel, bevatte 580 perfecte overeenkomsten met genen in nuttige schimmels. Deze overeenkomsten waren geen willekeurige fouten; ze kwamen voor omdat de slechte schimmel en de goede schimmels nauwe verwanten zijn in de stamboom van het leven. Ze delen dezelfde essentiële genen, en omdat die genen in miljoenen jaren nauwelijks zijn veranderd, zijn hun genetische sequenties bijna identiek. De studie vond dat de sprayontwerpen het meest waarschijnlijk de genetische schakelaars in de nuttige schimmels zouden activeren die de dichtstbijzijnde verwanten van de plaag zijn.
De onderzoekers onderzochten ook of dit probleem opgelost kon worden door te veranderen waar de spray op het gen is ontworpen. Voor sommige van de doelgenen ontdekten ze dat het mogelijk was om een sectie van het gen te selecteren die geen overeenkomsten had met de nuttige schimmels. Eén specifiek gen, CYP51C, bleek volledig veilig te zijn, zonder enige overeenkomsten. Echter, voor andere genen, zoals het gen dat codeert voor het eerder genoemde structurele eiwit, bevatte elke mogelijke sectie van het gen een gevaarlijke overeenkomst. Dit betekent dat het voor sommige doelwitten momenteel onmogelijk is om een spray te ontwerpen die niet per ongeluk deze nuttige bondgenoten zou aantasten.
Het is belangrijk op te merken dat deze studie een potentieel gevaar heeft geïdentificeerd, en geen bevestigd ramp. Het vinden van een overeenkomstige genetische sequentie is als het vinden van een sleutel die op een slot past; het betekent niet dat de sleutel is omgedraaid of dat de deur is geopend. Of de spray de nuttige schimmels daadwerkelijk schade toebrengt in een echt veld, hangt af van vele andere factoren, zoals of de schimmels de spray kunnen absorberen, of de spray lang genoeg in de bodem overleeft, en of de schimmels over de interne machinerie beschikken om erop te reageren. De studie heeft deze real-world condities niet getest. De bevindingen benadrukken echter een aanzienlijk gat in de huidige veiligheidstesten. De regelgevende richtlijnen voor deze sprays bevatten momenteel geen nuttige schimmels in hun veiligheidscontroles, wat betekent dat deze potentiële overeenkomsten over het hoofd zijn gezien.
De studie concludeert dat hoewel de technologie veelbelovend is, de aanname dat het automatisch veilig is voor alle schimmels onjuist is. De nauwe relatie tussen gewasplagen en nuttige schimmels betekent dat een spray die ontworpen is om de één te doden, gemakkelijk de genetische instructies kan dragen om de ander uit te schakelen. De onderzoekers suggereren dat voordat deze sprays worden goedgekeurd voor wijdverspreid gebruik, ze moeten worden gescreend tegen de genetische blauwdrukken van de nuttige schimmels waar boeren van afhankelijk zijn. Door dit te doen, kunnen wetenschappers de sprays herontwerpen om deze accidentele overeenkomsten te vermijden, zodat de instrumenten die worden gebruikt om gewassen te beschermen, niet onbedoeld de natuurlijke bondgenoten schaden die de bodem gezond houden.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.