抗擊害蟲的新式武器

田間

2050年，預(yù)計全球?qū)κ澄锏男枨髸鲩L70%。提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量無疑是應(yīng)對這一局面的唯一出路。過去的幾十年里，常規(guī)農(nóng)藥在提高農(nóng)作物產(chǎn)量上取得不可思議的成就，但是其對于環(huán)境的危害也越來越多的被大眾所熟知。為此，研究人員正在開發(fā)一種RNA（核糖核酸）疫苗，能夠?qū)Ｒ恍缘刈饔糜谔囟ǖ牟∠x害，而不會對農(nóng)作物產(chǎn)生任何危害。

抗蟲，噴噴RNA疫苗

在合成殺蟲劑用于農(nóng)業(yè)將滿百年和第一代轉(zhuǎn)基因植物誕生30多年的今天，一種對抗害蟲的新型生物技術(shù)武器閃亮登場，大有攻占全球農(nóng)田之勢。這一新武器是在植物上直接噴灑能暫時改變DNA表達的產(chǎn)品，直到病毒和其他蟲害被清除。這些包含小干擾RNA序列的溶液兼具殺蟲劑和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的優(yōu)點，使用方便，作用精準。與RNA疫苗不同的是，傳統(tǒng)殺蟲劑在殺死害蟲的同時也會連有益昆蟲也一并殺死。實驗中，研究人員合成的RNA疫苗被害蟲吸收后，能有效地使基因失活，從而達到只消滅害蟲而對植物沒有影響的目的。

科羅拉多馬鈴薯甲蟲是一種非常貪吃的害蟲，它每天能夠吃掉約10平方厘米的葉片，如果任其發(fā)展，一片葉子很快就會被啃得精光。不過，這些蟲子可要倒霉了，它們剛剛吃下的食物在含有RNA疫苗的溶液中浸泡過。孟山都實驗室的這個試驗利用了 “RNA干擾”技術(shù)，它能夠暫時關(guān)閉任何一個基因的功能，被關(guān)閉的基因掌握著昆蟲生殺予奪的大權(quán)。已經(jīng)證實，在葉片上覆蓋一層特殊設(shè)計的RNA，能夠讓取食葉片的蟲子死亡。未來，研究人員會開發(fā)一種能夠滲透植物細胞的噴霧制劑，制劑中的RNA會在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，阻斷某些特定植物基因的功能。

RNA干擾機制是天然存在的，科學(xué)家們推測它可能是在植物進化過程中，細胞為了抵御病毒侵害而產(chǎn)生的一種自我保護機制。上面所說的信使RNA是單鏈，具有指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的功能。而當(dāng)細胞遇到雙鏈的RNA，或者兩條單鏈RNA糾纏在一起時，細胞會認為這很有可能是病毒在自我復(fù)制（與動植物不同，病毒多以RNA的形式儲存遺傳指令）。為了保護自己，細胞會動員一些特殊蛋白質(zhì)，將這些雙鏈的RNA分子切割成非常小的碎片，并且利用這些小的碎片信息去搜索“罪魁禍首”，找出任何與這些小的碎片信息相匹配的長鏈RNA，隨后將它們一并粉碎?？茖W(xué)家們從中悟出，如果設(shè)計一段與動植物自己的基因信息相同的雙鏈RNA，那么這些雙鏈RNA在進入細胞后應(yīng)該也會像病毒RNA一樣引發(fā)基因沉默，從而阻止動植物體內(nèi)某些特定基因的表達，而不需要像傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)那樣對基因組進行改造。

為植物尋找靈丹妙藥

全世界有不少科學(xué)家都在致力于兩次獲得諾貝爾化學(xué)獎的RNA研究（1989年授予“發(fā)現(xiàn)RNA的催化性質(zhì)”，標志著發(fā)現(xiàn)核酶；2009年授予“對核糖體結(jié)構(gòu)和功能方面的研究”，確定核酶構(gòu)造）。RNA不僅肩負傳遞DNA信息的使命，有時還承擔(dān)著酶（蛋白質(zhì)）的任務(wù)，負責(zé)剪切、粘貼分子。植物細胞的運行藍圖儲存在DNA上的基因序列里。制造蛋白質(zhì)時，每一基因序列所攜信息都被轉(zhuǎn)錄為信使RNA，后者轉(zhuǎn)運至細胞核外，指揮蛋白質(zhì)的合成。小干擾RNA在此當(dāng)口介入，阻斷該過程：它們會與信使RNA相連，引發(fā)其降解或抑制它，阻止相關(guān)蛋白質(zhì)的翻譯和合成。我們都知道DNA設(shè)計指導(dǎo)制成蛋白質(zhì)成品，而控制成品數(shù)量和品質(zhì)的則是RNA。

研究人員開發(fā)的RNA疫苗可以直接噴灑在植物葉片上，被植物吸收（雙鏈RNA在結(jié)構(gòu)上和DNA非常相似，并且參與各種細胞的生理過程，包括基因的表達）。當(dāng)植物受到攻擊的時候，RNA分子就會觸發(fā)所謂的RNA疫苗反應(yīng)。這種反應(yīng)是許多生命體中常見的防御機制，它通過匹配疫苗和病原體的RNA序列來抑制靶標RNA的基因表達。

不過，迄今為至，只有寥寥數(shù)篇科學(xué)論文提到了RNA噴霧這一概念。許多大公司甚至閉口不談：拜耳拒絕對其研究計劃作出評價，先正達也是如此。而后者在201 2年斥資523億美元收購了一家歐洲生物技術(shù)公司，該公司自1997年起便率先從事RNA干擾技術(shù)開發(fā)。與此同時，孟山都（現(xiàn)已被拜耳收購）也從2010年起為此傾注了巨資，并在其官方網(wǎng)站上宣布即將推出數(shù)款“RNA噴劑”。

農(nóng)藥迎來新革命

在這一新興領(lǐng)域，孟山都可不是一個人在戰(zhàn)斗。其他大型農(nóng)業(yè)生物技術(shù)公司（包括拜耳和先正達）也都在積極開發(fā)這項技術(shù)。這一技術(shù)的吸引力在于，它只是在基因表達水平上進行調(diào)控，而不需要對植物基因組進行修飾——也就是說，不使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)。這就意味著，RNA噴霧制劑有可能避開那些關(guān)于農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的爭論。可以確定的是，達到基因表達調(diào)控的目的而不需要轉(zhuǎn)基因技術(shù)，具有非常好的商業(yè)前景。噴霧制劑很快就能被特殊定制，加入到與蟲害或新型病毒的戰(zhàn)斗中去。

目前，研究小組繞開實驗室合成，正在嘗試讓細菌來制造疫苗。這涉及到利用噬菌體的RNA擴增系統(tǒng)來產(chǎn)生期望的雙鏈RNA序列。像其他病毒一樣，噬菌體不能自己完成全部的生物學(xué)功能，相反，它們依靠入侵合適的活細胞進行繁殖。利用這一點，研究小組將噬菌體轉(zhuǎn)化成一個小型的工廠，進而生產(chǎn)RNA疫苗。

除了直接噴灑在葉子上，RNA疫苗還員有可以生物降解的優(yōu)點。RNA在野外會迅速分解，因此不會像一些農(nóng)藥那樣在環(huán)境中積累。此外，它不會以任何形式改變宿主的遺傳結(jié)構(gòu)。同時由于它不會改變植物本身，使植物產(chǎn)生新的疫苗，因此它不受轉(zhuǎn)基因法規(guī)的約束。繞過轉(zhuǎn)基因技術(shù)來達到這些目標對農(nóng)藥公司來說有兩大好處：不僅能降低成本，還能規(guī)避一些約束。根據(jù)孟山都的數(shù)據(jù)，1克RNA疫苗成本50美元，而僅需0.1克RNA疫苗就能將半公頃土豆田里的馬鈴薯甲蟲全部殺滅。另外，這一貼上“生物防治”標簽的解決方案也可以避開與轉(zhuǎn)基因植物相關(guān)的法規(guī)和爭議。不過眼下，各大農(nóng)業(yè)科技公司把主要精力集中在搶注專利權(quán)和為這場農(nóng)業(yè)新革命尋找操作方式上。