抗擊害蟲的新式武器

田間

2050年，預計全球對食物的需求會增長70%。提高農作物的產量和質量無疑是應對這一局面的唯一出路。過去的幾十年里，常規農藥在提高農作物產量上取得不可思議的成就，但是其對于環境的危害也越來越多的被大眾所熟知。為此，研究人員正在開發一種RNA（核糖核酸）疫苗，能夠專一性地作用于特定的病蟲害，而不會對農作物產生任何危害。

抗蟲，噴噴RNA疫苗

在合成殺蟲劑用于農業將滿百年和第一代轉基因植物誕生30多年的今天，一種對抗害蟲的新型生物技術武器閃亮登場，大有攻占全球農田之勢。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基因技術的優點，使用方便，作用精準。與RNA疫苗不同的是，傳統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，它能夠暫時關閉任何一個基因的功能，被關閉的基因掌握著昆蟲生殺予奪的大權。已經證實，在葉片上覆蓋一層特殊設計的RNA，能夠讓取食葉片的蟲子死亡。未來，研究人員會開發一種能夠滲透植物細胞的噴霧制劑，制劑中的RNA會在細胞內發揮作用，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，具有指導蛋白質合成的功能。而當細胞遇到雙鏈的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，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。科學家們從中悟出，如果設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在進入細胞后應該也會像病毒RNA一樣引發基因沉默，從而阻止動植物體內某些特定基因的表達，而不需要像傳統的轉基因技術那樣對基因組進行改造。

為植物尋找靈丹妙藥

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

研究人員開發的RNA疫苗可以直接噴灑在植物葉片上，被植物吸收（雙鏈RNA在結構上和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）。當植物受到攻擊的時候，RNA分子就會觸發所謂的RNA疫苗反應。這種反應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，只有寥寥數篇科學論文提到了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公司，該公司自1997年起便率先從事RNA干擾技術開發。與此同時，孟山都（現已被拜耳收購）也從2010年起為此傾注了巨資，并在其官方網站上宣布即將推出數款“RNA噴劑”。

農藥迎來新革命

在這一新興領域，孟山都可不是一個人在戰斗。其他大型農業生物技術公司（包括拜耳和先正達）也都在積極開發這項技術。這一技術的吸引力在于，它只是在基因表達水平上進行調控，而不需要對植物基因組進行修飾——也就是說，不使用轉基因技術。這就意味著，RNA噴霧制劑有可能避開那些關于農業生物技術的爭論。可以確定的是，達到基因表達調控的目的而不需要轉基因技術，具有非常好的商業前景。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擴增系統來產生期望的雙鏈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化成一個小型的工廠，進而生產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點。RNA在野外會迅速分解，因此不會像一些農藥那樣在環境中積累。此外，它不會以任何形式改變宿主的遺傳結構。同時由于它不會改變植物本身，使植物產生新的疫苗，因此它不受轉基因法規的約束。繞過轉基因技術來達到這些目標對農藥公司來說有兩大好處：不僅能降低成本，還能規避一些約束。根據孟山都的數據，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基因植物相關的法規和爭議。不過眼下，各大農業科技公司把主要精力集中在搶注專利權和為這場農業新革命尋找操作方式上。