Η φυτοπροστασία με βάση το RNA, και συγκεκριμένα τα ψεκαζόμενα RNA (Sprayable RNA / Spray-Induced Gene Silencing - SIGS), αποτελεί μια από τις πιο ελπιδοφόρες, καινοτόμες και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες στη σύγχρονη γεωργία.
Αντιπροσωπεύει μια "επανάσταση" στα φυτοφάρμακα, καθώς δεν βασίζεται σε χημικές ουσίες, αλλά στην παρεμβολή RNA (RNA interference - RNAi), έναν φυσικό μηχανισμό των κυττάρων για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.
Τι είναι το Sprayable RNA;
Πρόκειται για την εφαρμογή δίκλωνου RNA (dsRNA) απευθείας πάνω στα φυτά (με ψεκασμό, όπως τα συμβατικά φυτοφάρμακα). Το dsRNA αυτό σχεδιάζεται ώστε να έχει αλληλουχία συμπληρωματική με ένα ουσιώδες γονίδιο ενός συγκεκριμένου εχθρού (έντομο, μύκητας, ιός).
Πώς Λειτουργεί (Μηχανισμός Δράσης);
Εφαρμογή: Ο παραγωγός ψεκάζει το dsRNA (συνήθως σε μορφή νανοφορέα για προστασία) πάνω στην καλλιέργεια.
Πρόσληψη: Ο στόχος (π.χ. ένας μύκητας που τρέφεται από το φύλλο) προσλαμβάνει το RNA.
Σίγαση (Silencing): Μέσα στο κύτταρο του παθογόνου, το dsRNA αναγνωρίζεται και κόβεται σε μικρά τμήματα (siRNA). Αυτά τα μικρά τμήματα "σιγούν" το συγκεκριμένο γονίδιο.Η μέθοδος βασίζεται στον φυσικό μηχανισμό της παρεμβολής RNA (RNAi). Όταν ένα δίκλωνο μόριο RNA (dsRNA) ψεκάζεται στο φυτό και στη συνέχεια προσλαμβάνεται από ένα έντομο ή μύκητα-στόχο, ενεργοποιεί μια διαδικασία που «απενεργοποιεί» (κάνει σίγαση) συγκεκριμένα γονίδια του εχθρού, τα οποία είναι απαραίτητα για την επιβίωση ή την αναπαραγωγή του.
Αποτέλεσμα: Αφού το γονίδιο "κλείσει", το παθογόνο δεν μπορεί να παράγει μια πρωτεΐνη ζωτικής σημασίας, με αποτέλεσμα να σταματά η λοίμωξη, να εξασθενεί ο εχθρός ή να πεθαίνει.
Πλεονεκτήματα έναντι Συμβατικών Φυτοφαρμάκων
Υψηλή Εξειδίκευση (Specificity): Το RNA σχεδιάζεται να στοχεύει μόνο το παθογόνο, αφήνοντας ανέπαφα τα ωφέλιμα έντομα (μέλισσες, πασχαλίτσες), τα ζώα και τον άνθρωπο.
Περιβαλλοντική Ασφάλεια: Τα μόρια RNA είναι βιοδιασπώμενα και διασπώνται γρήγορα στο έδαφος και στο περιβάλλον (μέσα σε λίγες μέρες), χωρίς να αφήνουν τοξικά υπολείμματα.
Διαχείριση Ανθεκτικότητας: Λόγω του διαφορετικού τρόπου δράσης, είναι ιδανικό για τη διαχείριση εχθρών που έχουν αναπτύξει ανθεκτικότητα στα χημικά φυτοφάρμακα.
Non-GMO: Δεν πρόκειται για γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς (GMO). Το φυτό δεν τροποποιείται, απλώς λαμβάνει μια "θεραπεία" εξωτερικά.
Προκλήσεις και Προβλήματα
Σταθερότητα: Το RNA είναι ευαίσθητο μόριο και διασπάται γρήγορα από την υπεριώδη ακτινοβολία (UV) και τα ένζυμα στο φύλλο πριν προλάβει να δράσει.
Κόστος Παραγωγής: Αν και μειώνεται, η παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων dsRNA είναι ακόμα ακριβή.
Αποτελεσματικότητα Πρόσληψης: Δεν απορροφούν όλα τα παθογόνα το RNA με την ίδια ευκολία.
Ρυθμιστικό Πλαίσιο: Η έγκριση νέων βιοφαρμάκων RNA από τις ρυθμιστικές αρχές (π.χ. ΕΕ) είναι μια νέα διαδικασία που απαιτεί χρόνο.
Τρέχουσα Κατάσταση και Μέλλον
Εφαρμογές: Ήδη δοκιμάζεται επιτυχώς για τον έλεγχο μυκήτων (όπως ο Botrytis cinerea), ιών, και εντόμων (π.χ. δορυφόρος της πατάτας).
Νανοτεχνολογία: Χρησιμοποιούνται νανοφορείς (π.χ. άργιλος, χιτοζάνη) για την ενθυλάκωση του RNA, ώστε να προστατεύεται από τη διάσπαση και να αυξάνεται η διείσδυση στα κύτταρα.
Έγκριση: Στα τέλη του 2023, εγκρίθηκε το πρώτο ψεκαζόμενο βιοπαρασιτοκτόνο RNA (Ledprona) από την EPA στις ΗΠΑ για το δορυφόρο της πατάτας, σηματοδοτώντας την έναρξη της εμπορικής εποχής.
Σύνοψη
Το Sprayable RNA αποτελεί το μέλλον της βιώσιμης φυτοπροστασίας. Συνδυάζει την ακρίβεια της μοριακής βιολογίας με την ευκολία χρήσης των συμβατικών ψεκασμών, προσφέροντας μια λύση που προστατεύει την παραγωγή χωρίς να επιβαρύνει το οικοσύστημα.
Το πρώτο ψεκαστό εντομοκτόνο που κατασκευάζεται από RNA μπορεί να στοχεύσει και να σκοτώσει τα πεινασμένα σκαθάρια της πατάτας του Κολοράντο, προστατεύοντας παράλληλα τα περισσότερα ωφέλιμα έντομα, καθιστώντας το μια πολλά υποσχόμενη, φιλική προς το περιβάλλον επιλογή.
Τα σκαθάρια της πατάτας του Κολοράντο μπορούν να καταστρέψουν ολόκληρα χωράφια με πατάτες, ντομάτες και μελιτζάνες, οδηγώντας σε ζημιές δισεκατομμυρίων δολαρίων σε ετήσιες καλλιέργειες παγκοσμίως. Τα παράσιτα έχουν επίσης αναπτύξει αντοχή σε πολλά εντομοκτόνα, γεγονός που καθιστά την ανάγκη για μια νέα μέθοδο ελέγχου ιδιαίτερα σημαντική.
Το βιοεντομοκτόνο, που διατίθεται στην αγορά ως Calantha, είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό όταν εφαρμόζεται μερικές φορές μόλις εμφανιστούν οι προνύμφες την άνοιξη, σύμφωνα με νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 22 Οκτωβρίου στο Pest Management Science, η οποία εξέτασε την αποτελεσματικότητα του ψεκασμού.
«Ανάλογα με το πού βρίσκεστε στη χώρα, υπάρχουν πληθυσμοί σκαθαριών πατάτας του Κολοράντο που μπορεί να είναι ανθεκτικοί σε πολλαπλά δραστικά συστατικά που ανήκουν σε πολλαπλές κατηγορίες εντομοκτόνων», δήλωσε ο Brian Nault , καθηγητής εντομολογίας στο Cornell AgriTech στο Κολλέγιο Γεωργίας και Βιοεπιστημών και κύριος συγγραφέας της μελέτης.
«Πρόκειται για μια ολοκαίνουργια κατηγορία με έναν νέο τρόπο δράσης και είναι ένα περιβαλλοντικό όφελος επειδή δεν πρόκειται να επηρεάσει τα μη στοχευμένα έντομα», είπε.
Τα εντομοκτόνα ευρέος φάσματος σκοτώνουν αδιακρίτως, επηρεάζοντας πληθυσμούς ωφέλιμων εντόμων όπως μέλισσες, αρπακτικές σφήκες και πασχαλίτσες.
Η τεχνολογία ψεκασμού RNA μπορεί επίσης να προσαρμοστεί για την αντιμετώπιση άλλων παρασίτων. Ένα νέο προϊόν για την καταπολέμηση των ακάρεων varroa που μεταδίδουν ασθένειες στις μέλισσες βρίσκεται επί του παρόντος στο στάδιο της έγκρισης από τις ρυθμιστικές αρχές και οι ερευνητές διερευνούν τη χρήση του εργαλείου για την καταπολέμηση των ασιατικών ψυλλιδίων εσπεριδοειδών, των σκαθαριών του φλοιού, ακόμη και των κουνουπιών. Οι επιστήμονες έχουν στο παρελθόν κατασκευάσει φυτά καλαμποκιού που παράγουν ένα εντομοκτόνο με βάση το RNA για την καταστολή του ριζοσκώληκα του δυτικού καλαμποκιού, αλλά αυτό είναι το πρώτο ψεκαζόμενο προϊόν.
Η Calantha λειτουργεί ενσωματώνοντας μια γενετική διαδικασία που ονομάζεται παρεμβολή RNA. Ενώ το DNA περιλαμβάνει δύο κλώνους γενετικού κώδικα, το RNA - το οποίο μεταφράζει οδηγίες στο DNA για τα κύτταρα ώστε να παράγουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες - είναι ως επί το πλείστον μία μονόκλωνη. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως με τους ιούς, εμφανίζεται δίκλωνο RNA (dsRNA). Στην παρεμβολή RNA, το dsRNA προκαλεί σίγαση σε ένα γονίδιο, γεγονός που το εμποδίζει να παράγει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη.
Στην περίπτωση του Calantha, ένα προσαρμοσμένο dsRNA ψεκάζεται στα φυτά. Μόλις φαγωθεί από τα ενήλικα και τις προνύμφες του δορυφόρου της πατάτας του Κολοράντο, το dsRNA εισέρχεται στα κύτταρα που καλύπτουν το έντερο. Ο μηχανισμός των κυττάρων επιδρά στο dsRNA, ακολουθώντας μια οδό που τελικά σίγησε ένα συγκεκριμένο γονίδιο του σκαθαριού της πατάτας του Κολοράντο που ονομάζεται PSMB5, το οποίο παίζει ρόλο στη διατήρηση της κυτταρικής υγείας αφαιρώντας ελαττωματικές πρωτεΐνες από τα κύτταρα. Χωρίς το PSMB5, αυτές οι ελαττωματικές πρωτεΐνες συσσωρεύονται, τα κύτταρα πεθαίνουν και λίγες μέρες αργότερα, το ίδιο συμβαίνει και με το έντομο.
Τα σκαθάρια της πατάτας του Κολοράντο έχουν δύο γενιές, την άνοιξη και το καλοκαίρι. Στην πρώτη γενιά, δεν έχουν εμφανιστεί ακόμη άλλα παράσιτα, καθιστώντας την την καλύτερη εποχή για την εφαρμογή του εντομοκτόνου. Μέχρι την εμφάνιση της δεύτερης γενιάς, εντοπίζονται επίσης αφίδες και τζιτζίκια, κάτι που μπορεί να απαιτήσει τη χρήση άλλων χημικών ψεκασμών για την εξόντωση των διαφόρων παρασίτων.
Για τη βελτιστοποίηση της Calantha, ο Nault και οι συνεργάτες του άρχισαν να την εφαρμόζουν την άνοιξη, όταν εκκολάπτονται τα πρώτα αυγά, ακολουθούμενη από εβδομαδιαίες θεραπείες για τις επόμενες δύο έως τρεις εβδομάδες, ενώ οι πληθυσμοί και οι προνύμφες είναι μικροί.
«Είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό όταν χρησιμοποιείται σε αυτές τις ώρες και σε αυτά τα χρονικά διαστήματα», είπε ο Nault. «Με αυτό το συγκεκριμένο προϊόν, είναι πολύ πιο αποτελεσματικό έναντι των μικρών προνυμφών, επομένως θέλετε να βεβαιωθείτε ότι στοχεύετε στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης του εντόμου».
Μερικές προειδοποιήσεις: στην πολιτεία της Νέας Υόρκης, το Υπουργείο Περιβαλλοντικής Διατήρησης περιορίζει τη χρήση της Calantha σε δύο εφαρμογές ετησίως για να αποτρέψει την ανάπτυξη αντοχής στο έντομο. «Στη Νέα Υόρκη, θα λειτουργήσει καλύτερα η χρήση της σε έναν μικρό έως μέτριο πληθυσμό», δήλωσε ο Nault. «Δύο εφαρμογές μπορεί να είναι αρκετές για τον έλεγχο αυτής της ανοιξιάτικης γενιάς».
Επίσης, η διαδικασία παραγωγής του προϊόντος δεν ευθυγραμμίζεται με τις οδηγίες για τη βιολογική χρήση, στερώντας έτσι από τους βιοκαλλιεργητές ένα δυνητικά πολύτιμο εργαλείο, δήλωσε ο Nault.
Ο Marcelo Dimase, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Nault, είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας. Συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν τους Brian Manley στην Greenlight Biosciences, Andrei Alyokhin στο Πανεπιστήμιο του Maine και Russell Groves στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin, Madison.
Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από την GreenLight Biosciences, η οποία ανέπτυξε το dsRNA που χρησιμοποιήθηκε στο Calantha.
Πηγές
1. RNAi as a Foliar Spray: Efficiency and Challenges to Field Applications. Bao et al., 2022.
Doi: 10.3390/ijms23126639
2. Nanocarrier-Based Eco-Friendly RNA Pesticides for Sustainable Management of Plant Pathogens and Pests. Heng et al., 2024.
Doi: https://www.mdpi.com/2079-4991/14/23/1874
3. Spray-induced gene silencing in phytopathogen: Mechanisms, applications, and progress. Li He et al., 2024.
Doi: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2773237124000509
4. Spray-induced gene silencing for crop protection: recent advances and emerging trends. Can Chen et al.,2025.
Doi: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11882566/
5. Spray-Induced Gene Silencing: a Powerful Innovative Strategy for Crop Protection. Ming Wang, Hailing Jin., 2016.
Doi: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5182084/
6. Risk assessment of RNAi-based biopesticides. Xuming Luo et al., 2024.
Doi: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949952624000098
7. Optimizing application timing and frequency of a novel dsRNAi-based insecticide for Colorado potato beetle management. Marcelo Dimase et al., 2025.
Doi: https://scijournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ps.70294
