हर साल, किसान एक अदृश्य, अथक, दुर्जेय दुश्मन की लड़ाई करते हैं: पौधे वायरस। बैक्टीरिया या कवक के विपरीत, जिसे कीटनाशकों या कवकनाशी के साथ नियंत्रित किया जा सकता है, वायरल संक्रमण की फसलों को ठीक करने के लिए कोई सीधा तरीका नहीं है। संयुक्त राष्ट्र के खाद्य और कृषि संगठन (एफएओ) के अनुसार, प्लांट कीटों और बीमारियां दुनिया की वार्षिक फसल का लगभग 40% नष्ट हो जाती हैं, जो दुनिया से अधिक खर्च होती है $ 220 बिलियन। उस में से, पौधे वायरस अकेले में योगदान करते हैं $ 30 बिलियन हर साल नुकसान में।

जवाब में, वैज्ञानिकों ने आरएनए-आधारित प्रौद्योगिकी की शक्ति का दोहन शुरू कर दिया ताकि पौधों को खुद को बेहतर बचाने में मदद मिल सके-जिस तरह से हमारी प्रतिरक्षा प्रणाली वायरस से लड़ती है। जर्मनी में मार्टिन लूथर विश्वविद्यालय हाले-विंटबर्ग में, शोधकर्ताओं की एक टीम हाल ही में विकसित होने की सूचना दी एक आरएनए-आधारित एंटीवायरल एजेंट जो ककड़ी मोज़ेक वायरस (सीएमवी), एक व्यापक और विनाशकारी संयंत्र वायरस के खिलाफ मजबूत सुरक्षा प्रदान करता है।

सीएमवी 1,200 से अधिक पौधों की प्रजातियों को संक्रमित करता है, जिसमें खीरे, स्क्वैश और अनाज, और औषधीय पौधों जैसे महत्वपूर्ण खाद्य फसलों सहित। यह छोटे सैप-चूसने वाले कीड़ों के माध्यम से फैलता है जिसे एफिड्स कहा जाता है। सीएमवी को संचारित करने में सक्षम लगभग 90 एफिड प्रजातियों के साथ, प्रकोप अक्सर मुश्किल होता है।

भारत में, सीएमवी केले के बागानों में 25-30% उपज घाटे के लिए जिम्मेदार है। कद्दू, खीरे और खरबूजे में, संक्रमण दर 70%तक बढ़ सकती है। प्रभावित पौधे एक मोज़ेक मलिनकिरण, स्टंटेड ग्रोथ, और व्यावसायिक रूप से अस्वीकार्य फल विकसित करते हैं।

Higs और sigs

नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने आरएनए साइलेंसिंग का उपयोग किया, जो पौधों में पाया गया एक प्राकृतिक रक्षा तंत्र था। जब एक वायरस एक पौधे को संक्रमित करता है, तो यह डबल-फंसे हुए आरएनए (डीएसआरएनए) का परिचय देता है, जो पौधे की प्रतिरक्षा प्रणाली के लिए एक लाल झंडा है।

संयंत्र डिसर-जैसे एंजाइमों (डीसीएल) को सक्रिय करके प्रतिक्रिया करता है, जो छोटे टुकड़ों में डीएसआरएनए को छोटा करता है जिसे छोटे हस्तक्षेप करने वाले आरएनए (siRNAs) कहा जाता है। ये siRNAs तब वायरल आरएनए को पहचानने और नष्ट करने के लिए संयंत्र की रक्षा प्रणाली को निर्देशित करते हैं, जिससे संक्रमण को फैलने से रोका जाता है।

लेकिन यह प्रक्रिया एकदम सही है। संयंत्र द्वारा उत्पन्न सभी siRNA प्रभावी नहीं हैं और वायरस अक्सर तेजी से उत्परिवर्तित होता है, पौधे के प्राकृतिक बचाव को विकसित करता है। पौधे की प्रतिरक्षा को मजबूत करने के लिए, शोधकर्ता आरएनए-आधारित फसल संरक्षण तकनीकों जैसे कि मेजबान-प्रेरित जीन साइलेंसिंग (एचआईजीएस) और स्प्रे-प्रेरित जीन साइलेंसिंग (एसआईजीएस) की खोज कर रहे हैं।

HIGS अपनी कोशिकाओं में वायरस से लड़ने वाले DSRNA का उत्पादन करने के लिए आनुवंशिक रूप से पौधों को संशोधित करने के लिए काम करता है। यह पूरे संयंत्र के जीवन में निरंतर सुरक्षा प्रदान करता है। लेकिन विनियम, उच्च उत्पादन लागत, और वायरल प्रतिरोध की क्षमता इसके व्यापक उपयोग को सीमित करती है।

SIGS एक अधिक लचीला विकल्प है। पौधों को आनुवंशिक रूप से संशोधित होने के बजाय आरएनए स्प्रे के साथ इलाज किया जाता है। पत्तियां आरएनए को अवशोषित करती हैं, जिससे पौधे की प्राकृतिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ट्रिगर किया जाता है।

जबकि SIGS को आनुवंशिक संशोधन की आवश्यकता नहीं होती है और यह लागत प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल है, इसकी प्रभावशीलता सीमित है: पारंपरिक dsRNA योगों में siRNAs का एक यादृच्छिक मिश्रण उत्पन्न होता है, जिनमें से कई वायरस को कुशलता से चुप कराने में विफल होते हैं।

प्रभावी dsRNA

मौजूदा आरएनए-आधारित दृष्टिकोणों की सीमाओं को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक नया दृष्टिकोण विकसित किया, जिसने सीएमवी के खिलाफ आरएनए साइलेंसिंग की प्रभावशीलता को बढ़ाया।

बेतरतीब ढंग से उत्पन्न dsRNA का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने “प्रभावी dsRNA” डिजाइन किया – आनुवंशिक रूप से इंजीनियर dsRNA अत्यधिक कार्यात्मक siRNA के साथ समृद्ध। ये विशेष रूप से चयनित siRNA एक मजबूत एंटीवायरल प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए वायरस की आनुवंशिक सामग्री के लिए बांधते हैं। उनके निष्कर्ष प्रकाशित किए गए थे न्यूक्लिक एसिड अनुसंधान।

एक प्रयोगशाला सेटिंग में, शोधकर्ताओं ने पहले siRNA उम्मीदवारों की जांच की और CMV के खिलाफ सबसे शक्तिशाली siRNAs की पहचान की। इन ई-siRNA को DSRNA निर्माणों में इकट्ठा किया गया था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि जब संयंत्र की रक्षा प्रणाली ने उन्हें संसाधित किया, तो वे कार्यात्मक siRNA की उच्च एकाग्रता का उत्पादन करेंगे। इस विधि के परिणामस्वरूप आरएनए-आधारित संयंत्र संरक्षण का अधिक लक्षित, अधिक कुशल रूप हुआ।

शोधकर्ताओं ने अधिक प्रभावी siRNA और dsRNA को सीधे एक मॉडल संयंत्र में लागू करके अपनी नई विधि का परीक्षण किया, निकोटियाना बेंटमियानासीएमवी से संक्रमित। उन्होंने अपने पेपर में लिखा है कि इस siRNA के साथ इलाज किए गए पौधों में लगभग 80% कम वायरल लोड था, कुछ प्रयोगों ने पूर्ण सुरक्षा प्राप्त की। DSRNA सूत्रीकरण ने पारंपरिक DSRNA को बेहतर बनाया क्योंकि संयंत्र ने उन्हें सक्रिय siRNA में अधिक कुशलता से संसाधित किया, जिससे एक मजबूत प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया पैदा हुई।

टीम ने भी इस पद्धति को कई सीएमवी उपभेदों के खिलाफ अधिक प्रभावी पाया।

नए दृष्टिकोण के तीन प्रमुख लाभ हैं: (i) यह अधिक सटीक है क्योंकि पौधे की प्रतिरक्षा प्रणाली को वायरल कणों के सबसे कमजोर आनुवंशिक क्षेत्रों की ओर निर्देशित किया जाता है, जिससे संक्रमण से लड़ने की क्षमता बढ़ जाती है। (ii) यह एक मजबूत रक्षा प्रदान करता है क्योंकि अधिक प्रभावी dsRNA एक साथ वायरल जीनोम के कई क्षेत्रों को लक्षित करता है, जिससे वायरस को उत्परिवर्तित और भागने के लिए कठिन हो जाता है। (iii) नए वायरल उपभेदों को लक्षित करने के लिए लगभग एक महीने में प्रभावी dsRNA को फिर से डिज़ाइन किया जा सकता है।

शोधकर्ता वर्तमान में आरएनए-आधारित एजेंटों को मैन्युअल रूप से प्रयोगशाला स्थितियों में लागू करते हैं या तो इंजेक्ट करके या उन्हें पौधे के पत्तों पर रगड़कर। वास्तविक दुनिया के उपयोग के लिए उपचार को संभव बनाने के लिए, टीम वर्तमान में स्प्रे-आधारित समाधान विकसित कर रही है, और प्राकृतिक परिस्थितियों में उनकी प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए क्षेत्र परीक्षणों की तैयारी कर रही है।

जबकि अध्ययन सीएमवी पर केंद्रित था, नई डीएसआरएनए तकनीक के सिद्धांतों को अन्य प्रमुख पौधों के वायरस का मुकाबला करने के लिए लागू किया जा सकता है, जैसे कि टमाटर पीला पत्ती कर्ल वायरस, आलू वायरस वाई और तम्बाकू मोज़ेक वायरस। शोधकर्ताओं ने यह भी विश्वास व्यक्त किया है कि आरएनए-आधारित दृष्टिकोणों को फंगल और बैक्टीरियल रोगों के साथ-साथ कीटों की कीटों को लक्षित करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

अधिक समय

अपनी अपार क्षमता के बावजूद, एक बड़ी बाधा बाहरी परिस्थितियों में स्थिरता है। सूर्य के प्रकाश, बारिश और मिट्टी के रोगाणुओं के संपर्क में आने पर आरएनए अणु जल्दी से नीचा दिखाते हैं। शोधकर्ता आरएनए स्थिरता में सुधार करने और लंबे समय तक चलने वाली सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए नैनोपार्टिकल-आधारित वितरण प्रणालियों पर काम कर रहे हैं।

एक और चुनौती लागत और स्केलेबिलिटी है। जबकि उत्पादन लागत गिर रही है, बड़े पैमाने पर उपयोग महंगा है। इसके लिए आगे नवाचार की आवश्यकता होती है जो इसे किसानों के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाता है।

अंत में, नियामक अनुमोदन एक चुनौती पैदा करता है। अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी ने दुनिया की मंजूरी दी पहली स्वीकृति केवल 2023 में एक आरएनए-आधारित फसल संरक्षण उत्पाद के लिए; भारत सहित अन्य देशों में नियामक प्रक्रियाओं में अधिक समय लग सकता है।

मांजीरा गोवरवरम ने आरएनए बायोकेमिस्ट्री में पीएचडी की है और एक फ्रीलांस साइंस राइटर के रूप में काम किया है।