Rna ska rädda potatisen

Starka lampor lyser upp växt­odlings­­rummet på Sveriges lantbruks­universitets, SLU:s, försökslabb i skånska Alnarp. Iförd skyddsmask och handskar lyfter forskarassistenten Lyazzat Otessinova undan plasten som skyddar några frodigt gröna potatisplantor. Vant sprayar hon bladen både på ovan- och undersidan. Vissa plantor får bara en vattendusch medan andra sprayas med en vätska som innehåller små bitar av den genetiska molekylen ribonukleinsyra, rna.

– I det här experimentet undersöker vi hur länge det är stabilt och finns kvar på bladen utan att brytas ner, förklarar hon.

Stabiliteten är viktig. Om en vecka laddar Lyazzat Otessinova sprayflaskan med en organism som fruktas av potatisodlare, algsvampen Phytophthora infestans, potatisbladmögel.

– I dag används stora mängder bekämpningsmedel med kemikalier mot potatisbladmögel. Vi hoppas att rna ska kunna bli en mer miljövänlig och billigare metod, säger Ramesh Vetukuri, som leder forskningen.

Rna:t på bladen ska sätta stopp för mögelangreppet genom att slå ut gener som är centrala för att möglet ska spridas. När mögelsporerna får i sig rna-snuttarna slutar de att producera livsviktiga proteiner och dör.

Hittills har försöken skett i labbet under kontrollerade former, men nu förbereder han de första fältförsöken. Om alla tillstånd kommer på plats ska omkring 400 potatisplantor sättas i jorden i sommar och sedan sprayas upprepade gånger med rna.

– Du kan göra de mest fantastiska saker i labbet, men åkern är det riktiga slagfältet. Där får du reda på om saker verkligen fungerar eller inte, säger Ramesh Vetukuri.

Rna är känd som budbärarmolekylen som kopierar gener i arvsmassan och tar med sig informationen till cellens proteinfabriker ribosomerna. Denna typ av rna kallas budbärar-rna, eller m-rna, där m står messenger. Pandemin har inneburit ett genombrott för m-rna-tekniken. Vaccinen mot covid-19 från Moderna och Pfizer-Biontech var de första läkemedlen för människor som baseras på m-rna.

Tekniken för att bekämpa potatisbladmögel bygger på en annan typ av rna, som ingår i så kallad rna-interferens. Det upptäcktes 1998 och belönades med Nobelpriset i medicin 2006. Rna-interferens är ett urgammalt maskineri som finns hos de flesta levande varelser, bland annat som skydd mot främmande virus.

Rna-interferens bygger på korta bitar av rna som kan stänga av specifika gener. Det sker genom att rna-strängarna binder till m-rna, som då inte kan göra sitt jobb. Resultatet blir att tillverkningen av det aktuella proteinet stoppas i cellen.

Läkemedelsbolagen satsade tidigt mång­miljardbelopp på mediciner som kan slå ut gener med rna-interferens, men utvecklingen har tagit tid och först på senare år har de första läkemedlen nått marknaden.

Under de senaste tio åren har även allt mer forskning riktats mot hur tekniken kan användas för att bekämpa skadeorganismer som exempelvis svampar. I teorin är modellen enkel: Identifiera ett protein som är livsviktigt för svampens överlevnad. Tillverka en rna-molekyl som stoppar produktionen av just det proteinet. Se till att svampen får i sig rna:t. Svampen dör.

I praktiken har det dock inte varit lika enkelt. Forskarna har jobbat med två olika spår. Det ena är att genmodifiera själva växten som ska skyddas så att den tillverkar rna:t. När inkräktarna tuggar på plantan får de även i sig bekämpningsmedlet. Genmodifierade växter, GMO, är dock hårt reglerade inom EU.

– Jag jobbade med metoden till en början men såg stora regulatoriska problem. Det blir också en belastning för växten, säger Ramesh Vetukuri.

I stället gick han över till den andra metoden, att spraya rna direkt på plantan. Hur denna behandling ska regleras utreds bland annat av EU:s livsmedelsmyndighet Efsa. Enligt Ramesh Vetukuri kan rna som sprutas på växter jämföras med kemikalier och inte klassas som GMO.

Hittills har höga tillverkningskostnader varit det största hindret för rna som sprutas på växter. För ett läkemedel kan det vara okej, men bekämpningsmedel måste vara billiga. Att priserna nu är på väg ner öppnar för tekniken inom jordbruket, konstaterar Ramesh Vetukuri.

– Tidigare var det väldigt dyrt att tillverka små rna men i dag kostar det bara omkring en halv dollar per gram, och det räcker med 4–5 gram per hektar.

Stabiliteten är en annan utmaning. Rna är känsligt och bryts ner av enzymer men påverkas också av pH-värde och solljus. I labbet försöker forskarna efterlikna de förhållanden som råder i fält genom att variera temperatur och luftfuktighet. Det finns också olika trix att ta till för att öka stabiliteten. Ett sätt är att blanda rna med pyttesmå lerpartiklar, ett annat att kapsla in rna i små fettpartiklar, som i covid-19-vaccinen.

Det gäller också att klura ut vilka gener som insatsen ska riktas mot.  Potatisbladmögel är en algsvamp som sprider sig med hjälp av sporer. När sporerna landat på potatisblasten börjar de utsöndra enzymer som gör att skadegöraren kan växa in i bladen och suga åt sig näringen. I en studie, som publicerades i höstas, har Ramesh Vetukuri och hans kollegor testat att stänga av fyra olika gener hos potatisblad­mögel med hjälp av rna-interferens.

Han visar bilder på blad som inte sprayats och jämför med blad som fått en dusch rna mot var och en av de olika generna. Störst effekt hade utslagningen av en gen som styr sporernas utveckling och en annan som behövs för att penetrera potatisens blad.

– I fältförsöken kommer vi att använda en cocktail av olika gener för att få så bra effekt som möjligt.

Det är inte bara potatisbladmögel som kan tugga i sig rna. På SLU har forskarna börjat undersöka om angrepp av svampen Fusarium graminearum på vete och råg kan oskadliggöras på samma sätt. Andra forskare och ett antal företag runt om i världen siktar mot andra skadegörare. Ett exempel är det amerikanska företaget Greenlight Biosciences som utvecklar rna-teknik för att bekämpa ett kvalster hos tambin, det så kallade Varroakvalstret. Företaget utvecklar även ett bekämpningsmedel baserat på rna mot en annan potatisfiende, colorado­skalbaggen, liksom mot Botrytis cinerea som gör att frukt och bär som jordgubbar möglar.

Jämfört med dagens kemiska bekämpningsmedel har spray med rna flera fördelar, menar förespråkarna. Om effekten avtar, till exempel genom resistens, är det lätt att programmera om rna:t och rikta det mot en annan gen hos skadeorganismen. 

Miljörisken framförs som mindre. Hamnar överflödigt rna i jorden bryts det snabbt ner. Och eftersom rna-molekylen designats specifikt för att stänga ner en viss gen hos en viss art ska risken vara minimal för att andra organismer påverkas om de skulle råka få det i sig.

Det är dock något som behöver undersökas närmare, understryker Ramesh Vetukuri och öppnar dörren till ett av de andra odlings­rummen. Här växer vete och råg på vagnar som plastats in efter att ha sprayats mot mögelsvamp.

För att ta reda på om, och i fall hur, bladens naturliga uppsättning av mikroorganismer påverkas av besprutningen kommer blad samlas in och samtliga organismer som hittas på bladen genkartläggas. Sedan kommer obehandlade blad att jämföras med behandlade.

Mer forskning av det här slaget behövs innan de första rna-sprayerna kan börja säljas på marknaden. Bland annat saknas det data från riktiga fältförsök om hur ofta grödorna måste sprayas och hur länge rna:t är stabilt. En annan viktig fråga är om skadeorganismerna bildar motståndskraft mot det modifierade rna:t.

Exakt hur skadeorganismerna får i sig rna:t är inte heller kartlagt i detalj och en fråga som Ramesh Vetukuri också utforskar närmare.

Sommarens fältförsök blir viktiga för att försöka svara på några av dessa frågor. Fungerar allt som planerat hoppas Ramesh Vetukuri på framtida samarbete med företag som vill ta tekniken till marknaden. På sikt tror han att det kan finnas fler möjliga användningsområden för spray-rna. En är ogräsbekämpning. En annan att använda rna för att styra processer i en växt.

– Det skulle till exempel kunna vara att styra blomningen så att den kommer tidigare eller senare. Om det fungerar för skadliga organismer kan vi även moderera plantornas egna gener.

Efter vaccinen mot covid-19 är rna glödhett inom läkemedelsindustrin. Ett av de senaste preparaten är mot högt kolesterol. Utmaningen är att leda den känsliga molekylen till rätt organ i kroppen.

Vaccinen mot covid-19 har inneburit ett rejält uppsving för utvecklingen av nya mediciner baserade på rna.

– Det är det hetaste som finns, inte bara i vaccin, utan för alla möjliga sjukdomar, säger Anders Wittrup, cancerforskare och läkare vid Lunds universitet och Skånes universitetssjukhus.

Han forskar om hur både m-rna, som används i covid-19-vaccinen, och rna-interferens, samma mekanism som används mot bladmögel i artikeln här intill, kan användas för att behandla hjärntumörer.

Covid-19-vaccinen är de första och hittills enda godkända läke­medlen som bygger på m-rna. När det gäller rna-interferens har utvecklingen kommit längre och det finns en handfull godkända läkemedel.  Först ut var en behandling av ATTRv-amyloidos, även kallad Skelleftesjukan, en ärftlig sjukdom som bland annat ger nedsatt nervfunktion. En av de senaste är en mot högt kolesterol. Där är den verksamma ingrediensen en liten rna-molekyl, även kallad si-rna, som hindrar ett protein från att bildas i levern som kan öka nivåerna av ”dåligt” kolesterol.

– Det är den första terapin med si-rna som adresserar en bred patientgrupp. Tidigare mediciner har riktat sig mot smala, genetiska sjukdomar, säger Anders Wittrup.

Det stora intresset för rna-läkemedel beror på möjligheten att rikta sig mot proteiner som tidigare inte varit möjliga att rå på.

– Man brukar säga att det går att påverka 10–15 procent av generna med klassiska metoder. Med rna går det att störa nästan vilket protein som helst.

Utmaningen med både si-rna och m-rna är att få den känsliga molekylen till rätt organ i kroppen. I covid-19-vaccinen levereras m-rna i en liten fettpartikel in i huden. M-rna översätts till virusets spikprotein som triggar igång immunförsvaret som finns i hela kroppen. Men att transportera rna till ett visst inre organ är betydligt svårare. Levern är hittills det enda organet där det har lyckats, förklarar Anders Wittrup.

– Det innebär att du kan rikta dig mot alla proteiner i levern. Eftersom levern är djupt involverad i metabola processer så är många metabola sjukdomar potentiella mål.

På tur står centrala nerv­systemet, njurar och mjälte. Hans egen forskning är inriktad på hjärncancer­formen glioblastom, där bra behandling saknas. Forskningen är i sin linda och fort­farande är frågan om hur rna ska nå fram till tumören inte löst. Rna-läkemedel mot cancer kan fungera som ett slags vaccin. I det här fallet aktiverar rna-vaccinet immunförsvaret så att det ger sig på specifika delar av tumören. Omvänt kan si-rna användas för att stänga av tumörgener.

Så vilka är riskerna?

– En fara är att vi har be­gränsad långtidserfarenhet av upprepad och kontinuerlig behandling med si-rna. Men hos det begränsade antalet patienter som behandlats ser vi inga tecken på bekymmer, säger Anders Wittrup.