Primena RNK interferencije za modifikovanje biljaka — nekada i sada

Fenomen RNK interferencije je prvi put uočen kod cvetnica petunije, kod kojih je odgovoran za različite boje cveta. Pre nego što je precizno okarakterisan, fenomen je bio poznat kao transgeno utišavanje. Geni odgovorni za biljni pigment koji daje ljubičastu boju cveta bili su efikasno utišani unošenjem egzogenih kopija istog gena. Tako su petunije dobijale šarene cvetove, a u nekim biljkama cvetovi su postajali potpuno beli. Da su male dvolančane RNK odgovorne za ovu vrstu utišavanja gena dokazali su Endrju Fair i Kreig Melo. Svoje eksperimente sprovodili su na Caenorhabditis elegans, a za ovo otkriće im je dodeljena Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu 2006. godine.

Smatra se da je fenomen RNK interferencije nastao kao mehanizam zaštite genoma, međutim sam fenomen nije dovoljno proučen i opisan.

RNK interferencija u borbi protiv virusa

Modifikovanjem biljnog genoma uvođenjem antisens RNK za protein omotača virusa roda Polerovirus, primećeno je povećanje rezistencije na bolest koja se naziva virus uvijanja lista krompira. Odgovor na virus je bio brz, a sve transformisane biljke razvile su otpornost na patogene uz pomoć antisens RNK, što je vid imuniteta koji je specifičan od sekvence iRNK patogena. 

RNK interferencija u borbi protiv virusne infekcije. Zelena linija predstavlja kontrolu, netransformisane biljke. Virusni titar modifikovanih biljaka predstavljen je crvenom linijom gde biljke eksprimiraju informacionu RNK  za protein omotača virusa i plavom gde se eksprimira antisens RNK.
Izvor slike: https://www.mdpi.com/1422-0067/24/11/9755

Mehanizam RNK interferencije

Mehanizam RNK interferencije zasniva se na postojanju dvolančane RNK koju u citoplazmi prepoznaje enzim Dajser i seče je na fragmente od 21 do 23 baznog para. Ovako dobijene kratke interferirajuće RNK stupaju u kontakt sa utišavajućim kompleksom RISC koji denaturiše dvolančanu RNK. Vodeći lanac male interferirajuće RNK se selektivno ugrađuje u kompleks RISC, postaje aktivan i biva usmeren ka homologim sekvencama. Čak i slab signal može se amplifikovati zbog postojanja RNK-zavisne RNK polimeraze, što omogućava efikasnost samog procesa.

Mehanizam RNK interferencije.
Izvor slike: https://www.mdpi.com/1422-0067/24/11/9755 

Primena interferirajućih RNK

Primena RNK interferencije u virus-indukovanom utišavanju pokazala se uspešnom u lečenju inficiranih biljaka. Neki od virusa koji su uspešno utišani jesu virus šuštavosti duvana, virus krompira Y, virus mozaicizma duvana i virus uvijanja lista krompira. Različiti virusni vektori imaju određene prednosti u različitim tkivima. 

Iako je urođeni imunitet kompleksniji nego što se mislilo, mehanizam signalne amplifikacije pomogao je naučnicima da razumeju osnovne komponente urođenog imuniteta. 

Korišćenjem mikroinjekcija moguće je unošenje tačno određene količine dvolančane RNK, te je zbog toga ova metoda jedna od najkorišćenijih. 

Sve je veća proizvodnja transgenih biljaka koje eksprimiraju željenu dvolančanu interferirajuću RNK koja utišava gene target organizma koji istu biljku koristi u ishrani. Jedan od primera jeste transgeni kukuruz (Zea mays), pod nazivom SmartStaks Pro, koji je dizajniran tako da targetuje zapadnog kukuruznog crva (Diabrotica virgifera virgifera). Međutim, komercijalna upotreba transgenih biljaka je ograničena jer postoji zabrinutost javnosti zbog generalne upotrebe genetički modifikovanih organizama.

Iz ovog razloga, razvijene su metode protiv štetočina koje se koriste egzogeno, a postignuti su slični rezultati. Tu se modifikuju mikroogranizmi tako da sadrže željenu dvolančanu RNK. Neki mikroorganizmi se mogu razmnožiti u crevima određenog insekta i primenom fenomena RNK interferencije uticati na vijabilnost, lokomotornu aktivnost i fertilitet insekta. Otkriveno je da modifikacija pivskog kvasca (Saccharomyces cerevisiae), koga voćna mušica (Drosophila suzukii) konzumira sa trulog voća, utiče na njeno preživljavanje zahvaljujući postojanju interferirajuće RNK.

Primena spreja za genetičko utišavaje

Jedna od interesantnijih novih metoda jeste primena interferirajućih RNK u spreju. Na ovaj način može se uticati na štetočine i parazite bez modifikovanja same biljke. Ovaj mehanizam podrazumeva aplikaciju duže male nekodirajuće RNK i dvolančane RNK folijarnim sprejem na inficiranu biljku. Na ovaj način može se uticati na specifičnog parazita bez negativnog efekta na ekosistem. Međutim, jedan veliki nedostatak ove metode jeste da su jednolančani, ali i dvolančani molekuli RNK nestabilni, naročito u kontaktu sa drugim elementima.

Fenomen RNK interferencije je prvi put uočen kod cvetnica petunije kod kojih je odgovoran za različite boje cveta.
Izvor slike: https://www.semanticscholar.org/paper/4-Phenomenal-RNA-Interference-%3A-From-Mechanism-to-Mittal-Yadav/a0ebe3d3ccd390efdd141c27c4dd9db5aff3b8e6 

Izvor: 

• https://www.agric.wa.gov.au/potato-leafroll-virus-potato-crops 
• https://www.mdpi.com/1422-0067/24/11/9755
• “Molekularna biologija 2” Goran Brajušković, Beograd, 2011. godina