При отсутствии обработки инвазивный клещ варроа почти наверняка появится в пчелином улье, присосавшись к опылителям, кормясь их биологическими жидкостями и создавая угрозу ослабления колонии вплоть до ее уничтожения. 

Западные пчелы так и не смогли выработать механизмы защиты от азиатского паразита, занесенного в Северную Америку еще 30 лет назад. Многие из существующих методов борьбы с этим клещом основаны на  использовании пестицидов, которые могут нанести вред пчелам или вырабатываемому ими меду.

 

Ученые из компании «Монсанто» считают, что они могут помочь в решении данной проблемы и предлагают специально для этой цели создать средство с гораздо более высокой специфичностью, чем у синтетических химикатов. Мишенью для такого средства, использующего язык ДНК, станут только гены, уникальные для клеща варроа. И сельскохозяйственный гигант думает, что он сможет это сделать, просто скармливая пчелам сахарный сироп, наполненный РНК, молекулой, транскрибирующей инструкции ДНК.

 

Monsanto зарегистрировала 2500 пчелиных колоний из разных регионов страны, которые будут включены в испытания ее нового продукта. И в текущем году уже начались испытания этого препарата для охраны здоровья пчел.

Джерри Хейз, возглавляющий в Монсанто направление по обеспечению здоровья пчел, отметил: «за все годы моей работы в отрасли я никогда не слышал о столь масштабном испытании в пчеловодстве».

 

Возможно, эти исследования станут знаковыми не только для медоносных пчел, играющих центральную роль в опылении продовольственных ресурсов, но и для технологической платформы, потенциальное применение которой выходит далеко за рамки пчеловодства. Монсанто уверена, что это будет первый из ее коммерческих продуктов, основанных на новой генной технологии, который может появиться на рынке к 2020 году.

 

И в этом Монсанто не одинока. Стартапы, предприятия которых находятся недалеко от Сент-Луиса, рассматривают вопрос об использовании указанной технологии для изготовления своей собственной продукции. Есть и другие крупные агропромышленные компании, спешащие осуществить ее коммерциализацию.

 

Механизм, известный как РНК-интерференция или RNAi, вызывает широкий интерес у научных и промышленных кругов, учитывая тот факт, что в 2006 году за его открытие двое ученых были удостоены Нобелевской премии.

 

По словам Хейза, он служит «обучающей платформой для  РНК-интерференции. Поэтому мы сможем определить, как использовать его против других вредных насекомых».

 

Стрельба по мессенджеру

РНК является молекулой-мессенджером, который копирует инструкции из генов клеточной ДНК  и переносит их на механизмы создания белков в клетках. Ученые обнаружили, что при  внедрении в клетку РНК, которая по переносимой информации была сопоставимой с существующей клеточной РНК, но при этом была синтезирована так, чтобы напоминала некоторые вирусы, клеточные механизмы защиты будут избавляться от нее как от вируса.

В этом процессе клетка стала бы уничтожать те информационные сообщения РНК,  которые она обычно генерирует, учитывая ее сходство с  имитирующей вирус РНК; в сущности, это вызывает «сайлесинг» определенной генетической ловушки.

РНК-месседжи могут нести инструкции практически для каждой жизненно важной функции, включая синтез белков, которые необходимы некоторым насекомым и клещам для их выживания. Они погибнут, если клетки перестанут их синтезировать.

 

Расположенный в Крив Коер офис «Монсанто» и другие крупные компании, занимающиеся семенами и химикатами, подвергаются критике из-за использования пестицидов, в особенности неоникотиноидов. Это связано с тем, что во многих исследованиях  была отмечена связь этих препаратов с расстройствами здоровья пчел и действием на других полезных насекомых. Однако новый подход, по мнению Монсанто, может стать действительно ценным, поскольку он исключает какие-либо нецелевые эффекты, воздействуя только на гены, уникальные для вредителя, сорняка, вируса или бактерии, которые необходимо уничтожить. 

 

И компания, и ученые едины в своем заключении: в отличие от синтетических химических соединений, молекулы РНК подвергаются биодеградации в окружающей среде.

 

Помимо устранения вредных микроорганизмов, в перспективе возможно «регулирование» генов в целях улучшения вкуса пищевого продукта или уменьшения необходимого количества воды для полива.  

 «Данная платформа имеет действительно колоссальный потенциал»,–говорит  Джон МакЛин  (John McLean), ученый из компании Монсанто, возглавляющий отдел BioDirect, который занимается разработкой этого средства для пчел и ряда других препаратов, использующих механизм РНК-интерференции.

Комары и апельсины

Тот факт, что несколько стартапов, работающих в этой области, также предпринимают активные шаги для коммерциализации этой технологии, свидетельствует о ее масштабности.

 

Один из этих стартапов, Apse Inc., разрабатывает более дешевые методы изготовления РНК-молекул для использования в сельском хозяйстве. По словам СЕО указанного стартапа, который ранее был научным сотрудником Монсанто, а также согласно информации, размещенной на сайте Apse для инвесторов, возможным выходом могло бы стать приобретение «крупнейшей сельскохозяйственной компанией»

Израильская компания Forrest Innovations, которая в прошлом году открыла свою американскую штаб-квартиру в BRDG Park, напротив офиса Монсанто на Olive Boulevard,  играет центральную роль в использовании РНК-интерференции в сельском хозяйстве и борьбе с вредителями. Ее основатель, Ницан Пальди (Nitzan Paldi) был также соучредителем  компании Beeologics, которую Монсанто приобрела в 2011 году для ускорения своих работ по RNAi.

Сейчас Forrest прорабатывает вопрос об использовании RNAi для разведения стерильных самцов комаров, которые смогли бы конкурировать со здоровыми самцами. В результате, удалось бы уменьшить популяции вредителей-переносчиков заболевания в таких странах, как Бразилия, где вирус Зика вызывает все больше опасений. Как отмечает Рой Борочов (Roy Borochov), руководитель американской лаборатории Forrest, традиционные методы стерилизации с использованием излучения или химических соединений менее эффективны или «ослабляют» комаров, уменьшая их шансы в конкуренции с фертильными самцами

 

Компания Forrest Innovations также занимается разработкой препарата на основе РНК, который защищает садоводов от бактериальной инфекции, известной как «позеленение цитрусовых». По словам Борочова, молекула вызывает «выключение» присущей фруктам реакции на бактерии, не затрагивая при этом ее механизмы защиты.

 

Борочов отмечает, что разрешение от регуляторных органов на средство для обработки цитрусовых будет получено всего лишь через 1-2 года. А средство для борьбы с комарами может появиться на рынке еще раньше.

 

 «Верю, что мы будем в числе первых (а то и первой компанией),  вышедших на рынок с RNAi», - добавляет он.

Распыляемые гены

МакЛин подчеркивает, что основная сложность заключается не в  нахождении РНК-молекулы, необходимой для запуска желаемого эффекта. Самое главное – это ее доставка.

По его словам, «не всегда просто  достать ключ к соответствующей клетке или соответствующей части растения или насекомого. На самом деле, основные сложности данной технологии связаны с проблемами доставки».

 

Монсанто рассматривает варианты применения, обеспечивающие инкорпорацию гена, который позволяет молекулам РНК проникнуть в растение. В сущности, это генетически модифицированная драцена душистая, которая «испускает» РНК, губительную для корневых червей-вредителей растений.

 

Однако компания также изучает и другой путь применения, который  помог бы исключать большинство опасений, связанных с генетически модифицированными растениями. Обнаружено, что опрыскивание растений молекулами РНК в некоторых случаях может обеспечивать доставку молекул в «нужные участки», чтобы они поражади сорняки-мишени или поглощались вредными насекомыми.

 

Компания Forrest Innovations также рассматривает возможность применения распыления для борьбы с бактериями, поражающими цитрусовые. Как отмечает Борочов, во многих случаях процессы применения являются самым важным компонентом интеллектуальной собственности.

 

Он продолжает: «Процесс доставки - не простой механизм.  Взять «внешнюю» молекулу и внедрить ее внутрь растения – это не легкая задача». 

 

Монсанто разрабатывает РНК-распыление, мишенью для которого станет вредитель картофеля колорадский жук. Другое средство будет нацелено на гены сорняков, которые отвечают за возникновение устойчивости к глифосату. Это позволит его основному ингредиенту, который используется в популярном гербициде Раундап,  побороть устойчивость сорняков. Распылители для борьбы с вирусами – еще одно потенциальное новшество.

 «Это открывает перспективы для достижения эффекта без использования ГМО», - заявляет Джеймс Кэррингтон (James Carrington), Президент Научного центра по исследованию растений Дональда Дэнфорта. «Разрабатывать такие препараты можно было бы намного быстрее, чем создавать растения на основе ГМО. Нельзя сбрасывать со счетов и возможность более благосклонного отношения к ним со стороны потребителя».

 

Джеффри Скотт (Jeffrey Scott), профессор-энтомолог Корнельского Университета, изучал использование распыляемых препаратов iRNA  для борьбы с колорадским картофельным жуком. По его мнению, одним из камней преткновения, стоящим на пути применения распыляемой RNAi, является быстрое разрушение молекул РНК в окружающей среде. Однако при проведении научных исследований он обнаружил, что эти молекулы могут сохраняться на листьях до 4-х недель.

 

Условия за пределами теплицы могут оказаться более проблематичными. Другой вопрос – какова будет стоимость изготовления достаточного количества РНК, чтобы определить стандартную цену, при которой фермеры будут готовы «наброситься» на него.

 

 «Это эффективно», - говорит Скотт.  «Вопрос упирается в экономические параметры того средства, которое можно применять для достижения контроля».

 

МакЛин из компании Монсанто более оптимистично отзывается об экономических аспектах.  Всего несколько лет назад многие представители отрасли считали изготовление РНК непомерно дорогим процессом, который подходил скорее для лабораторного масштаба, а не крупномасштабного применения. 

 

Сейчас мы уже выпускаем его для полевых испытаний по такой стоимости и в таких объемах, о которых даже не могли помыслить десять или пять лет назад.

Получить желаемое

Экономическая составляющая процесса изготовления РНК является одной из причин, по которой Монсанто склоняется к скорейшей коммерциализации своего препарата для пчел в большей степени, чем препарата RNAi, нацеленного на преодоление устойчивости к глифосфату или борьбу с колорадским жуком. Одним из аргументов для приобретения ею Beeologics в 2011 году стало то обстоятельство, что данный стартап также нашел более дешевый способ изготовления РНК.

 

Хейз, эксперт Монсанто по охране здоровья пчел, работал с компанией Beeologics на более раннем этапе, до того, как Монсанто заполучила ее «ноу-хау» по РНК-интерференции. Затем он был сотрудником Департамента сельского хозяйства шт. Флорида, а несколько лет назад перешел на работу в Монсанто, убедившись в том, что компания задействует свои ресурсы, чтобы помочь в поисках хотя бы частичного ответа на вопрос, как решить проблемы со здоровьем пчел. 

 

Хейз отмечает, что технология РНК-интерференции не работает столь эффективно, как он думал вначале. Однако он не перестает надеяться, что технология будет усовершенствована.

 

«Даже если она будет работать наполовину и позволит отказаться от одного из химических средств, это уже станет шагом вперед», - добавляет Хейз.

Нил Бергман (Neal Bergman), владелец Delta Bee Co., крупного коммерческого пчеловодческого предприятия, расположенного в городе Кеннет, сказал, что опасения по поводу использования неоникотиноидов компанией Монсанто не заставят его отказаться от намерения использовать новый препарат против клещей варроа.

«Если они предложат хорошее средство против клещей, у меня не будет с этим никаких проблем», - говорит Бергман.

 

Он всегда ведет поиск новых средств борьбы с  вездесущими вредителями в принадлежащих ему пчелиных ульях.

«Думаю, это одна из первостепенных проблем», - так он оценил отрицательное воздействие клеща варроа на пчел. Она стоит на первом, втором или третьем месте. Несомненно, она входит в число важнейших  вопросов».

Однако другие группы не столь уверены в безопасности РНК-интерференции. В 2013 году Национальный консультативный совет по медоносным пчелам (the National Honey Bee Advisory Board) направил комментарии в экспертную группу Агентства по охране окружающей среды (EPA), касающиеся безопасности технологии RNAi. Члены Совета обратились к Агентству с просьбой повременить с регистрацией таких пестицидов до их более полного изучения.

 

«Учитывая тот факт, что в настоящее время не известны полные последовательности геномов большинства растений, животных и вирусов, можно ли осуществлять дизайн (РНК) последовательностей таким образом, чтобы имелось лишь минимальное нецелевое влияние?» Так прозвучал один из вопросов, заданных группой экспертов в отношении связанных с технологией рисков. 

 

Дуг Гуриан-Шерман, ранее занимавшийся вопросами регулирования в ЕРА, а в настоящее время работающий на посту директора Отдела по устойчивому развитию сельского хозяйства в Центре безопасности продуктов питания, отметил, что компании должны уделять внимание тому, чтобы добиться достаточной специфичности молекул РНК, исключив их взаимодействие с другими организмами. 

 

 «Многое остается неизвестным, и регулирующие ведомства не всегда оказываются «в курсе событий», - говорит он. «Возможно, через десять лет у нас будут данные, подтверждающие правильность наших предположений в отношении эффективности и специфичности этих средств, но пока мы еще не достигли этого этапа». 

 

Однако Скотт, Профессор Корнельского Университета, сомневается, что экологические выгоды пестицидов, имеющих более высокую специфичность, будут перевешивать риски, и, что существующие знания в области генетики могут помочь ученым конструировать РНК-молекулы, которые не действуют на полезных насекомых. Он не видит «какой-либо логической связи» с рисками для здоровья человека.

 

«У вас никогда не будет всех геномов всех насекомых, и вы никогда не сможете сконструировать что-либо столь специфичное», - комментирует Скотт. «Но мы уже близки к этому. Основываясь на рациональном выборе, можно определить те соединения, специфичность которых выше, по крайней мере, на несколько порядков», чем у обычных пестицидов.

 

Группа экспертов ЕРА, со своей стороны, согласилась с тем, что для человека и млекопитающих имеется лишь небольшой риск. Однако они заявили, что требуется больше данных о том, как долго РНК остается  в окружающей среде до ее распада, а также о потенциальных экологических последствиях.

И, как это происходит при использовании обычных пестицидов, «таргетные» насекомые и сорняки могут вырабатывать устойчивость к молекулам РНК. Новое средство может быть нацелено на новый ген, однако, по словам Скотта, существует вероятность эволюции защитных механизмов, блокирующих захват любых «посторонних» РНК-молекул.

 

 «Это в некоторой степени зависит от того, какой механизм будет выработан в ходе эволюции для обеспечения устойчивости», - говорит он.

 

Дуг Гуриан-Шерман из Центра безопасности продуктов питания предостерегает, что такие препараты поставят производителей на «другой тредмилл», который заставит их покупать новые средства по мере развития устойчивости. И, если препарат Монсанто для преодоления устойчивости сорняков к Раундап окажется успешным, это станет просто «рецептом» для более широкого использования гербицидов.  

 

Он отмечает:  «проблема заключается в использовании такого рода частичного подхода, а также в том, что компании приступают к решению проблем там, где они могут продавать продукцию».

 

Еще предстоит увидеть, насколько масштабной станет RNAi-технология для сельского хозяйства, комментирует МакЛин из компании Монсанто. Однако компания инвестировала миллионы в эту платформу, включив ее в один список со службами метеорологии и озеленения, требующими обработки «больших данных», и рассматривая ее как одно из приоритетных направлений научных исследований.  

Как отметил МакЛин, лишь немногие в компании понимали, насколько масштабными станут генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры, когда в 1990-х были созданы первые растения, устойчивые к Раундап.

«Думаю, что сегодня, по прошествии 20 лет, мы занимаем такое же место с другой крупной технологической платформой», - констатирует он.