Лидеры научных инноваций: в КФУ разработали новый класс инсектицидов

Учёные Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского разработали олигонуклеотидные инсектициды для защиты растений против насекомых-вредителей.

Учёные Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского разработали олигонуклеотидные инсектициды для защиты растений против насекомых-вредителей. О данном проекте рассказывает заведующий кафедрой молекулярной генетики и биотехнологий Института биохимических технологий, экологии и фармации, доктор биологических наук Владимир Оберемок.

Исследование проводится при поддержке Российского научного фонда.

В чём суть Вашего проекта?

— Цель нашего проекта заключается в том, чтобы создать инсектициды нового поколения, основанные на цепочках ДНК, так называемых антисмысловых ДНК. Эти инсектициды обладают рядом примечательных качеств, которыми ранее никогда не обладали химические инсектициды (органофосфаты, карбаматы, пиретроиды, неоникотиноиды и т.д.). Это – быстрая биодеградация, высокая избирательность действия, низкий углеродный след и длительный операционный срок действия препаратов.

Корнями интерес к данной теме уходит ещё в мои аспирантские годы, а именно в 2008 год, когда мне посчастливилось открыть, что антисмысловые фрагменты ДНК способны вызывать гибель насекомых, если применять их контактно. К 2008 году в мировой литературе не было данных о таких интересных фактах, и это делало мою разработку уникальной. ДНК обладает рядом интересных характеристик, и, прежде всего, тем, что определённая комбинация азотистых оснований, закодированная в каждом фрагменте ДНК, давала возможность сразу использовать такие соединения в качестве избирательно действующих инсектицидов. Первым насекомым, на котором я увидел инсектицидный эффект, был непарный шелкопряд. Тогда я был крайне воодушевлён обнаруженным фактом, поскольку понимал, какие большие перспективы открываются. Я занимаюсь этой темой уже 16-й год, и то воодушевление, которое я почувствовал тогда, не уходит, а нарастает с каждым годом, так как открываются всё новые и новые горизонты потрясающих научных возможностей, связанных с этим открытием. Мы вместе с командой смогли значительно развить данное направление, и сейчас понятно, что это – новый класс инсектицидов, который обязательно выйдет на рынок и потеснит существующие классы химических инсектицидов, уступающих разрабатываемым нами олигонуклеотидным инсектицидам по многим параметрам. Кстати, ещё мы их называем ДНК-инсектицидами.

Что конкретно Вы исследуете? Какие результаты уже получены?

— Наша основная база для исследований, помимо лаборатории, – Никитский ботанический сад. Если мы видим, что на поверхности листьев какого-либо растения находится наш целевой объект, то растворяем в воде цепочки ДНК определённой последовательности, которая влияет только на конкретного насекомого-вредителя. Такой алгоритм действий не оказывает негативного эффекта на нецелевые организмы, включая само растение. Наилучшие результаты мы получаем на представителях полужесткокрылых, в частности грудохоботных (тли, щитовки, ложнощитовки, белокрылки, червецы и другие насекомые).

И в рамках гранта Российского научного фонда мы обнаружили очень интересные факты. Например, то, что наши олигонуклеотидные инсектициды обладают высокой избирательностью действия. Как правило, мы используем цепочку из 11 нуклеотидов, а она даёт возможность создавать достаточно избирательные последовательности, когда уникальность каждого отдельного олигонуклеотидного инсектицида составляет более чем один на четыре миллиона. Это даёт возможность, используя даже короткую последовательность ДНК, создавать безопасные в действии олигонуклеотидные инсектициды. Открываются широкие возможности применения олигонуклеотидных инсектицидов в сельском хозяйстве, поскольку мы не сможем навредить, например, опылителям или естественным хищникам насекомых-вредителей.

То, что мы разработали в течение 16 лет, называется КВАД-биотехнологией (контактно вводимая антисмысловая ДНК). Что находится в основе такой биотехнологии? Например, вы берёте фрагмент антисмысловой ДНК длиной 11 нуклеотидов, мишенью для которой является рибосомальная РНК насекомого-вредителя. И данный антисмысловой ДНК-фрагмент действует по механизму ДНК-сдерживания. Что именно происходит? Фрагмент антисмысловой ДНК попадает в клетки насекомого, затем совершается так называемый «арест» рибосомальной РНК в составе рибосом, блокировка работы рибосом, а после начинается гиперкомпенсация целевой РНК, которая была «арестована» в составе рибосомальной РНК. То есть сначала мы видим большое накопление рибосомальной РНК, но затем происходит деградация целевой РНК. В процессе механизма ДНК-сдерживания насекомое-вредитель погибает. Таким образом, мы придумали первую в мире КВАД-биотехнологию, которая основана на немодифицированных антисмысловых олигонуклеотидах.

Насколько уникальна разработанная технология?

— Дело в том, что учёные достаточно длительное время знали о том, что при помощи антисмысловых ДНК может возникать эффект блокировки генов, но никто не мог предложить какую-либо биотехнологию в прикладном аспекте. Не знали они и о существовании механизма ДНК-сдерживания. И мы первыми, начиная с 2008 года, продемонстрировали, что это возможно. КВАД-биотехнология – это биотехнология, которая позволяет создавать олигонуклеотидные инсектициды для ведения «зелёного» сельского хозяйства, «зелёной» защиты растений. Ни один класс химических инсектицидов сегодня не может даже приблизиться к таким характеристикам, которыми обладают олигонуклеотидные инсектициды.

Сегодня на Западе развиваются РНК-препараты, которые действуют по другому механизму – РНК-интерференции, но напоминают то, что делаем мы. Отрадно, что они пришли к успешной контактной обработке насекомых позже нас на три года, в 2011 году, и параллельно развивают похожую технологию. Мы не видим особой конкуренции с их стороны, поскольку понимаем, что в определённых препаратах, если мы захотим покрыть большое количество вредителей, скорее всего, будут присутствовать и их молекулы РНК, и наши молекулы ДНК, поскольку их технология лучше всего работает на жёсткокрылых, а наша – на полужёсткокрылых. Очевидно, что по ряду вредителей в какой-то момент произойдёт объединение усилий, то есть будут создаваться комплексные препараты для достижения более высоких результатов в защите растений. Здесь нет предела совершенству.

Параллельно делается очень много других открытий, которые позволяют нам расширяться. Например, мы обнаружили, что в рамках КВАД-биотехнологии применение антисмысловых олигонуклеотидов может увеличивать количество ценных компонентов в составе эфирных масел в лаванде, в лавандине, в мяте. Так и получается, что, когда ты идёшь по какой-то длинной дороге, параллельно начинаешь осваивать всё новые и новые направления.

А насколько конкурентна данная технология по стоимости?

— Любая технология на начальном этапе – это очень дорогая «игрушка», которая не очень хорошо работает. А когда она пройдёт путь развития длительностью в 15-20 лет, она станет «игрушкой», которая стоит копейки, но при этом работает очень хорошо. И мы уже прошли этот длинный путь, когда видим, что себестоимость препарата составляет 1-2 доллара на гектар для некоторых вредителей. В XX веке об этом и мечтать невозможно было. Ни концептуально, ни экономически нельзя было даже представить, что нуклеиновые кислоты, ДНК или РНК, можно будет использовать в качестве инсектицидов. Этого не произошло ни в Нью-Йорке, ни в Париже, ни в Дели, а мы сделали это здесь, в таком небольшом городе, как Симферополь, потому что даже в голову никому не приходило, что это в принципе возможно сделать. Как вы знаете, молодость – она достаточно дерзкая. Я был аспирантом, и мне в голову пришла такая идея, и она сработала! Понятно, что тогда она сработала не оптимально, а вот сейчас мы нашли ту оптимальную систему, в которой не видим сбоя в КВАД-биотехнологии. Она постоянно работает.

Какие цели Вы перед собой ставите теперь?

— Теперь мы понимаем, что нам нужно захватить как можно более широкий плацдарм в виде насекомых-вредителей, чтобы потеснить на рынке такие вещества, как неоникотиноиды, пиретроиды, органофосфаты, диамиды, карбаматы. И тогда не только нашему университету, но и всей защите растений в нашей стране будет, чем гордиться, потому что это – уникальное направление.

Сегодня защита растений подошла к тому, что мы не просто боремся за то, чтобы получить, образно говоря, урожай яблок, а дошли до той точки, когда мы боремся за яблоко, которое не будет содержать в себе остатков химических инсектицидов. И самое большое счастье учёного – это когда он под Новый год купит мандарин, а там будет написано «protected by CUAD biotechnology» (переведено «защищено КВАД-биотехнологией»). Это – определённый уровень амбиций, определённый уровень мировоззрения, это то, что мы оставим своим детям. Я многодетный отец, поэтому, в том числе, думаю и об этом.

В конце концов, почему учёные этим занимаются? Мне уже за 40, но я продолжаю по ночам сидеть и обдумывать грани КВАД-биотехнологии, например, вчера поздно ночью закончил писать статью по данной тематике. Почему? Потому что у меня есть большой интерес к тому, чем занимаюсь. Я не могу остановиться, тем более что вижу, что в определённым смысле соревнуюсь с мировыми учёными, и это – азарт. Понимаете? Это интересно и одновременно прекрасно!

Последние новости

Выросло число осужденных, освобожденных из-под стражи

Российские суды за последний год стали чаще освобождать осужденных из-под стражи при оглашении приговора, заявила глава Верховного суда РФ Ирина Подносова.

При рассмотрении дел об административных нарушениях задействуют IT

Верховный суд (ВС) РФ готовит изменения, предусматривающие внедрение элементов электронного документооборота, а также использование информационных технологий в ходе производства по делам об административных правонарушениях,

ВС предлагает взыскивать долги по ЖКХ и налогам во внесудебном порядке

Верховный суд РФ предлагает включить долги по ЖКХ и налоговые задолженности физических лиц в категории дел, по которым применяется внесудебное взыскание, заявила глава суда высшей инстанции Ирина Подносова.

Card image

Как найти и использовать действующие промокоды для скидок

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш email не публикуется. Обязательные поля отмечены *