“生物安全”的提出，是不是意味着生物学科的春天到来了？

检验之星

"生物安全”的提出，是不是意味着生物学科的春天到来了？生物方面的老师有没有紧急改本子的？

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卡卡

基于RNAi害虫防治的生物安全问题
传统化学杀虫剂的过度使用对环境造成了有害的影响和人类健康，RNA干扰（RNAi）的发现提供了发展的契机害虫管理的新的可持续的方法。RNAi是一种自然发生的调节通过沉默关键基因有效保护作物的防御机制影响害虫的生长、发育、行为或繁殖力。然而，和所有技术一样，RNAi的应用有一系列潜在的风险和挑战，例如dsRNA的稳定性，潜在的脱靶效应，非靶生物体的安全性，以及其他应用挑战。更好地理解参与RNAi的分子机制需要深入讨论和分析这些相关的安全风险，以限制或减轻潜在的副作用。
病原体和害虫对农业生产及其有害影响构成重大威胁，预计会随着全球气温的上升而显著增加。在过去的几十年里，农药喷洒已成为控制病虫害的主要方法。然而，农药过度使用对环境和人类健康产生了严重的负面影响，并导致这些害虫对农药产生抗药性。因此，迫切需要替代性的，害虫控制和作物改良的选择性、环保和可持续解决方案。RNA干扰（RNAi），由Fire等人首先发现。1998年，是一个在大多数真核细胞中存在的机制，该机制使用双链RNA（dsRNA）分子指导基因活性的同源依赖性调节。目前主要有三种不同RNAi可以识别路。其中包括短/小干扰RNA（SIRNA）途径，微小RNA（miRNA）途径和Piwi相互作用RNA（PIRNA）途径。在SiRNA和miRNA途径，长dsRNA和miRNA前体被Dicer加工成19-25核苷酸siRNAs或者miRNA。之后siRNA/miRNA结合RNA诱导沉默复合物（RISC）降解同源基因mRNAs或影响蛋白质生物合成。在 piRNA 途径中，从头 piRNA 的产生始于 RNA 聚合酶 II 从特定基因组位点转录称为 piRNA 前体的长单链反义 RNA。反义转录本被转运到细胞质中，在那里由一系列 Piwi 家族蛋白以 Zuc 依赖或不依赖的方式进行处理，并在乒乓循环中并入 PIWI-RISC 复合物或 AUB-RISC 复合物。
RNAi被发现后不久就被作为感兴趣基因的功能验证和分析的有效方法而开发。近年来，通过沉默影响害虫生长、发育、行为或繁殖力的关键基因，RNAi机制已被用于开发新的害虫控制策略。这个应用，siRNA途径是最重要的。因为siRNAs识别靶的mRNAs基因通过序列互补，可以设计具有高特异性的系统。因此，RNAi作为一种自然机制， 在全球所需的虫害综合管理和可持续农业战略可以发挥重要的作用。基于RNAi的环境友好植物保护方法提出了两个主要的应用策略：宿主诱导基因沉默（HIGS）和喷雾诱导基因沉默（SIGS）。
在HIGS方法中，植物被基因修饰以表达双链RNA，与病原体/害虫靶基因同源。虽然有几项研究显示HIGS保护植物免受害虫、病毒和真菌侵害的方法，它也有一些局限性。它需要宿主植物的适当遗传信息和有效的转换系统。不幸的是，许多农业植物的转化效率较差。此外，公众对转基因的看法也比较复杂。在一项关于使用新育种技术的自愿调查中，发现38%的受访者对表示存在食品安全和健康风险的困惑。
另一方面，SIGS方法是一种非变革性的植物保护策略，其工作原理是喷洒双链RNA，允许害虫吸收dsRNA直接诱导RNA沉默。利用HIGS和SIGS方法改善植物健康控制害虫已经成为一个快速增长的市场。然而，害虫控制的生物安全，基于这些新技术，需要彻底讨论，以确保这些风险对产品进行了充分评估，并考虑了未来可能的不利影响。
2. dsRNA的环境归宿
在应用HIGS和SIGS技术时，我们需要考虑稳定性、持久性和不同环境中的dsRNA分子的命运。了解dsRNA的行为环境对于考虑可能的暴露场景至关重要。环境中的杀虫剂的持久性和稳定性是重要的信息，研究这些参数有助于更好地了解dsRNA在环境中的命运，并提供基于dsRNA的新型杀虫剂生态风险评估的有价值信息。
2.1. 环境因素对dsRNA稳定性的影响
dsRNA的持久性和稳定性受到环境因素的影响，如紫外光，温度和pH值。这些因素可能导致应用的dsRNA的分解，影响RNAi反应的有效性。例如，将dsRNA（297 bp）固定在玻璃表面，紫外光（254 nm；1500 Wcm-2）处理导致RNA显著降解，1小时内开始降解，4小时后完全降解。此外，还研究了温度对dsRNA稳定性的影响。使用小RNA的深度测序和RNA印迹分析，表明温度从22℃升高到30℃显著降低了许多反义分子的丰度，从而损害了siRNA的生物合成。这一观察结果得到了证实Turell（2003）等人的研究成果，他们的研究报告了RNAi介导的防御反应受到温度的影响，siRNAs随着温度升高而减少。这些研究表明RNAi是温度依赖性的，温度影响dsRNA的稳定性。
此外，dsRNA在酸性环境中更稳定，在碱性环境中不稳定（pH7.4-11.0）。这些发现表明未修饰的dsRNA非常不稳定，并且不会在环境中积累、持续或长时间发挥作用。
2.2. dsRNA在土壤和水生环境中的持久性
土壤通常被认为是植物产品以及局部应用的蛋白质和核酸的主要接收室。研究dsRNA在土壤中的吸附和降解过程可以评估dsRNA在土壤和沉积物中的归宿，为评估非目标生物的潜在暴露提供重要信息。然而，存在许多土壤类型，有人认为土壤的稠度可能会影响dsRNA的稳定性。
一项测量两种不同土壤类型中dsRNA持久性的研究显示了这一点。在白垩质粘土中，培养4小时后可以回收总dsRNA质量的87-92%，而在细砂壤土中仅回收总dsRNA质量的15-26%。虽然两种土壤中提取的dsRNA的相对量不同，但两个实验都表明，土壤提取物中dsRNA的量在实验期间有所下降。在另一项研究中，对粉壤土、壤土和粘壤土进行的实验发现，这些土壤中的dsRNA在24-36小时后迅速降解到检测不到的水平。
为了定量评估dsRNA在自然土壤和其他环境中的降解，开发了一种提取和定量方法，使用基于微量滴定板的定量基因分析来测量特定的dsRNA。使用这种方法，表明dsRNA在土壤中的降解是快速的，并且与dsRNA的大小、序列和结构无关。这些发现表明dsRNA在自然土壤中不持久，容易降解。
菲舍尔等人（2016）进行了一项研究，测量了dsRNA在好氧水——沉积物系统中的生物降解率。通过将dsRNA直接应用于水柱，用dsRNA处理含有具有不同物理和化学性质的天然水和沉积物的水生系统。在他们的研究中，dsRNA从水相中迅速消散，并且通过QuantiGene（Affymetrix）和一种敏感的昆虫生物测定法测量，在不同系统中7天内检测不到。降解动力学的估计半衰期（50%耗散时间【DT50】）小于3天，90%耗散时间约为4天。
2.3. dsRNA在叶片上的持久性
对于通过叶面喷洒的基于SIGS的dsRNA递送来说，重要的是dsRNA在叶子上的持久性。除了紫外线和微生物核酸酶的降解，雨水和露水的冲刷可能为有效的RNAi反应提供屏障。然而，关于dsRNA在叶片上的持久性的不同研究有一些相互矛盾的结果。
一项模拟雨水冲刷的研究，使用喷洒在拟南芥叶子表面的荧光标记的dsRNA，发现荧光标记的dsRNA在被冲刷24小时后不再可检测到。然而，30天后，在喷洒的叶片上仍然可以检测到装载在LDH（BioClay）上的荧光标记的dsRNA，这表明裸露的dsRNA很容易被洗掉，但是使用载体材料（例如LDH）可以增加dsRNA在叶片上的持久性。
另一项研究发现，dsRNA作为叶面喷施在马铃薯上一直有效对抗马铃薯甲虫长达28天。一旦dsRNA在马铃薯叶上变干，它就可以不容易洗掉。然而，这项研究并没有对残留的dsRNA进行定性。许多因素可能与这些结果的变化有关。一种可能是马铃薯甲虫对dsRNA敏感，甚至微量的dsRNA残基也会产生破坏性作用。另一个可能的影响因素是叶表面气孔的不同颗粒大小。导致dsRNA在马铃薯叶上吸收形成稳定的复合物。此外，pH值也可能是一个影响因素：虽然在许多情况下，叶表面是弱酸性的，有结果表明，dsRNA在酸性环境中更稳定，在碱性环境中更易降解，不同植物叶子的pH值可能会有差异。
总之，研究结果表明dsRNA在户外应用中不是非常稳定和持久，并且其降解速率受环境影响。为了减轻dsRNA的降解，可以使用诸如添加紫外线防护剂、耐雨剂和/或抗微生物剂或物理封装或与载体分子络合的策略来克服这些稳定性障碍。
3. 非预期效果
当评估生物体中潜在的非预期效应时，我们必须考虑序列依赖性效应和序列无关性效应。序列非依赖性效应包括促成细胞中dsRNA存在的所有非预期效应；这包括免疫系统的激活和RNAi机制的饱和。序列依赖性效应包括脱靶效应和非靶标物体中的沉默（NTO）。
3.1. 序列无关效应
除了沉默特定的基因，暴露于dsRNA可能诱导各种序列非依赖性效应，如免疫反应激活或RNAi机制饱和。后者是有限数量的RISC复合体被外部应用的dsRNAs的数量所淹没的效果。这可能会对内源性基因调控和抵御病毒感染的能力产生不利影响。虽然饱和效应已经在高剂量小RNA的体外实验中显示出来，但田间应用的有限水平和dsRNA的障碍使得RNAi在农业应用中饱和的可能性极小
当外源性dsRNA以高剂量给药于细胞或动物模型时，它已被证明刺激（干扰素）先天免疫反应。在昆虫中，通常认为不存在像哺乳动物那样的非特异性干扰素反应。然而，有迹象表明，非特异性dsRNAs，例如不靶向任何昆虫基因的绿色荧光蛋白（GFP）衍生的双链RNA（dsRNA-GFP），可以在昆虫组织中诱导生理效应。
在中国栎蚕蛾蛹中注射10 μg dsRNA-GFP导致免疫应答基因溶血素的诱导。同样，当研究存在和不存在病毒序列特异性和非特异性dsRNA的病毒感染时，结果显示给蜜蜂注射非序列特异性dsRNA减少了病毒拷贝数。这种减少表明dsRNA，一种病毒病原体相关分子模式（PAMPs），可以在蜜蜂中引发额外的免疫反应。
同样在甲壳类动物中，dsRNA分子可以诱导针对病毒感染的序列非依赖性保护。当用非特异性dsRNA处理时，虾表现出对两种不相关病毒感染的抗性增加，并且这种抗病毒状态的诱导与所用dsRNA序列无关。在昆虫细胞系中也观察到了通过用dsRNA预处理对病毒感染的类似保护作用。然而，与RNAi机制的饱和一样，这些效应仅在转染或注射高剂量dsRNA时观察到，并且生物学相关性受到质疑，因为没有口服暴露后免疫激活的报告。尽管概率很低，但这些影响（RNAi饱和和免疫激活）应该在广泛的昆虫中彻底研究。
3.2. 序列依赖效应
“脱靶基因效应”是指在RNAi过程中，除了预期的靶基因之外，非靶基因的意外沉默。这种效应可能发生在产生dsRNA的生物体或暴露于dsRNA的生物体、靶生物体和/或NTO中。此外，NTO中靶基因直向同源物的沉默也可以被认为是“脱靶”效应。脱靶基因效应的存在可能导致错误的发现，并对生物体和生物安全产生意想不到的影响。
据报道，脱靶效应的可能性更大，并已被多次证明，特别是在高等动物和植物中。对siRNA序列与人类、秀丽隐杆线虫和酵母转录组之间序列同源性的计算机分析显示，在高达80%的siRNA评估中，脱靶效应和非靶效应是可能的。在黑腹果蝇中进行的一项类似研究显示，17%的测试siRNAs可能导致脱靶效应。对已发表的具有虫害控制潜力的dsRNA序列进行计算机筛选，确定了101个与蜜蜂基因组具有高度序列相似性的dsRNA序列。虽然序列相似性本身并不能证明这些dsRNAs在靶或非靶物种中具有脱靶效应，但对两种杀虫siRNAs的分析表明，脱靶效应广泛存在于靶标和非靶标昆虫中。因此，研究昆虫脱靶效应的可能性变得尤为重要。最初，人们认为触发有效的RNAi活性需要≥ 21个核苷酸（nt）的100%互补序列长度。然而，最近的研究表明，即使是单个19nt序列匹配也可以有效地降低相应的mRNA水平。此外，即使与处理的21-25 bp siRNA存在某种程度的序列错配，沉默仍可能发生。一项研究表明，与靶基因具有80%以上序列同一性的dsRNAs可以有效地触发RNAi，即使在几乎完全匹配的序列之间插入单个错配。
另一项研究表明，dsRNA的脱靶效应与其长度有关，较长的dsRNA脱靶的可能性较高，因为脱靶序列的相似性随着dsRNA长度的增加而增加。此外，dsRNA片段的长度也被证明是dsRNA细胞内化和RNAi沉默效率的决定因素。虽然我们的知识在慢慢增长，但有些实验面临着我们知识的极限。在蜜蜂中，三个dsRNA序列，被特别和仔细地设计成没有20 bp序列与任何已知的蜜蜂序列相同，显示至少有一个非特异性基因下调。类似地，对工蜂全球基因表达模式的分析显示，口服dsRNA-GFP（通常在RNAi实验中用作对照，因为它没有序列同源性）导致近1400个基因的表达水平发生变化，约占已知蜜蜂基因的10%。
此外，已经发现Dicer-2加工在昆虫物种或昆虫目之间可能不同，产生可变长度的siRNAs。例如，在甜菜夜蛾中，主要产生20 nt siRNAs，而在栗夜蛾中通常是21 nt，在熊蜂中是22 nt。虽然基于生物信息学的预测程序可以帮助识别这些脱靶序列和NTO中的潜在影响，但严格性和siRNA处理方面的知识差距会影响基于生物信息学的预测程序的可靠性。因此，这些工具只能是风险评估的一部分，需要通过实证测试来补充。因此，设计dsRNA的适当长度和序列成为关键步骤，仍然需要进一步的研究来提供更多关于siRNA的最小同源性和错配灵活性的信息，以了解它们对RNAi功效的影响。
基于RNAi的害虫控制通常针对必需基因，这些基因可能在整个进化过程中是保守的。此外，它们可能是昆虫基因组中大型、保守和同源基因家族的一部分，通过基因复制和突变进化出不同的功能。基因家族中不同的基因片段扮演不同的角色，因此设计靶向基因家族成员的dsRNAs可能会增加脱靶效应的可能性。已知多序列同源性存在于较长的dsRNAs上，显著增加了昆虫RNAi的沉默效应。然而，更长的dsRNAs产生更多的siRNA物种，这反过来增加了脱靶效应的可能性。
这种现象在研究基因功能时很难检测到，尤其是在研究基因家族功能时，即使存在脱靶效应。这可能导致对RNAi观察到的表型的误解。观察到不同dsRNAs会导致RNAi功效的差异，这增加了研究脱靶效应的复杂性。例如，在靶向电压门控钠通道基因的多个重叠dsRNAs的实验中，获得了高达30%的致死表型变异。即使dsRNAs靶向相同的基因，dsRNAs之间的变异（序列、结构等）对RNAi效率产生了巨大的、意想不到的影响。总之，尽管存在脱靶效应，但通过设计合理的RNAi分子和采取适当的策略，可以降低脱靶效应的风险，提RNAi的特异性和有效性。
在最近的一份报告中，研究了dsRNA通过rice-funnel-spider食物链的运输，并测试了其触发RNAi的效率。从处理过的植物中摄取组织或液滴被发现会在消费者和捕食者中触发靶向和非靶向RNAi。同样，摄入消费者也可能导致食肉蜘蛛中肠中的局部RNAi。然而，在植物根系分泌物和蜜露的蜜露中仅检测到微量的dsRNA。这些发现似乎表明，dsRNA可能对与目标害虫密切相关的非目标动物消费者构成安全风险。尽管如此，这些发现也表明，NTO基因的一些脱靶下调的功效是有限的，可能没有实质性的影响。
另一方面，已经表明dsRNA可以被设计成实现对单个害虫物种的选择性控制，同时保持RNAi产物对来自密切相关属的物种无活性。比如Bramlett等人（2020）表明，针对科罗拉多马铃薯甲虫（CPB）Leptinotarsa decemlineata设计的dsRNA对密切相关的拟辣根猿叶甲Phaedon cochleariae没有影响，反之亦然。相比之下，Baum等人（2007）发现，将靶向西部玉米根虫（WCR；Diabrotica virgifera virgifera）V-ATPase A喂入CPB也导致显著的死亡率，但与同种dsRNA相比，活性降低约10倍。然而，来自CPB和WCR的V-ATPase A靶序列具有83%的核苷酸序列同一性。非异特异性dsRNA的活性是预期的，因为在这两个物种的基因靶部分存在多个21 nt共享序列。一项研究将靶向WCR Snf7基因的dsRNA喂给13只非靶昆虫，发现只有当非靶昆虫具有与WCR64相同的连续Snf7基因的21个nt时，它们才会受到影响。然而，一些研究也报道了对这些非靶生物没有相关影响，尽管在靶dsRNA和非靶生物同源物之间存在多个连续的21nt匹配。这表明dsRNA的脱靶效应可能受到多种因素的影响，包括靶基因的特征、非靶生物对RNAi的敏感性以及dsRNA的浓度。为了确定和避免潜在的生物安全风险，需要进行更有效和详细的研究。
4. 非目标生物的安全评估
从风险评估的角度来看，在RNAi介导的昆虫管理的生物安全风险评估的背景下，有必要调查对非目标生物的影响，以便将这种方法作为综合害虫管理战略的一部分。这种对非靶生物的影响由几个因素决定，包括暴露于dsRNA、对RNAi的敏感性和与dsRNA的序列同源性。虽然RNAi存在于不同的真核生物，但它并不普遍。有些生物对RNAi不敏感；因此，在评估对非目标生物的风险时，首先需要确定非目标生物是否易感。为了能够设计相关的实验装置来测试对非目标物种的影响，需要知道不同的暴露途径。非目标生物主要通过食物网暴露dsRNA，或者直接以SIGS处理或HIGS植物（如传粉者）为食，或者以暴露的害虫（如捕食者）为食。此外，NTO可以通过皮肤吸收后的dsRNA，也可以在梳理毛发时通过喷洒的dsRNA摄入。寄生蜂可能通过寄生暴露的昆虫而暴露dsRNA。
如前所述，dsRNA序列和非靶生物之间的序列同源性将决定潜在的有害影响。然而，在做出可靠的预测之前，需要填补一些知识空白。当非靶生物对RNAi敏感，可以接触到dsRNA，并与dsRNA具有序列同源性时，仍然会出现剂量问题。需要足够长的dsRNA来引起RNAi反应，因为dsRNA不能在昆虫中繁殖，这些要求有助于理解非目标生物影响的可能性。
目前，基于RNAi的害虫防治研究较多，但相对较少对非目标生物影响的研究。这可能是因为不同种类的昆虫对RNAi的反应不同，有些可能不太有效，有些甚至可能因为在其环境中无法对dsRNA做出反应而被排除在考虑之外。叶（2021）等人的一项研究中，蚜虫捕食者瓢虫协同暴露于RNAi和一种昆虫病原真菌，对瓢虫没有造成不利影响。Castellanos等人在一项研究中评估了序列相似性对寄生蜂的影响，其中首次使用针对T. podisi的特异性dsRNA证明了T. podisi对RNAi的敏感性。随后使用高浓度Euchistus heros活性dsRNA进行的饲养实验对T. podisi的存活和寄生没有产生不利影响。在Taning等人的研究中，证明了大黄蜂对dsRNA敏感，并且使用计算机序列互补方法鉴定了大黄蜂基因组中潜在的脱靶序列。在将B.terrestris口服暴露于dsRNA产物后，转录谱显示没有发现所有潜在脱靶转录物的水平降低。虽然在非靶生物中可能存在一些脱靶下调，但据推测，在RNAi控制害虫策略中严格设计的dsRNAs对天敌、寄生蜂以及土壤分解者不是致命的。
由于许多因素影响昆虫中的RNAi效率，例如dsRNA浓度、dsRNA片段的长度、暴露的时间和持续时间、dsRNA摄取和降解活性、RNAi机制的激活和目标生物体的生命阶段等，以及dsRNA进入活生物体时的潜在降解、受损的细胞摄取、摄入后受体生物体中dsRNA的不稳定性以及生物体对摄入的dsRNA的固有敏感性，因此需要合理设计的风险评估来确定可以减轻潜在的有害影响。
5. 食品安全评估
要讨论的基于RNAi的害虫控制策略的另一个安全方面是HIGS或SIGS目标作物作为食物或饲料的安全性。这里我们需要评估潜在的序列依赖和独立效应。然而，作为一种天然存在的分子，dsRNA有着长期的安全食用历史，消化系统中的屏障限制了dsRNA的暴露。除了对先前描述的序列依赖性和独立性风险的评估之外，还需要研究RNAi植物或介导RNAi递送的植物与它们未处理的对应物相比是否经历了分子和组成变化：即是否有任何新的蛋白质产生，内源蛋白质水平没有变化，以及是否有任何减少营养水平？随后，如果检测到变化，需要评估植物产品的毒性和过敏性。不考虑从化学分析及其解释中获得的额外数据，需要对啮齿动物进行2-3个月或更长时间的连续喂养研究。Zhang（2012）报道，可以在人类和小鼠组织中检测到来自植物性食物的miRNAs，并调节基因表达。这份报告引起了科学界的极大关注，因为植物介导的RNAi似乎对高等生物提出了可能的生物安全风险。然而，以miRNA为食的植物和哺乳动物之间由miRNA介导的王国间交流是常见的，也是自然发生的。
此外，还有在人/哺乳动物细胞中触发RNAi所需拷贝数的问题。虽然可以在哺乳动物血清中检测到植物miRNAs，但它们可能没有足够的量来调节基因表达。对于在植物中表达或喷洒在植物上以伤害脊椎动物的外源dsRNA，必须发生一系列事件，包括消耗含有dsRNA的植物材料，dsRNA在消化道中存活，以及摄取dsRNA，随后以足够的量递送到靶组织或组织以激活RNAi。siRNA还需要与靶细胞中的mRNA转录物具有足够的序列互补性来激活RNAi。最后，基因表达的沉默需要对生物体产生有害影响。最近对来自人类体液和组织的800多个数据集的分析表明，饮食摄入不会导致动物产生跨物种siRNA，因此，摄入用dsRNA处理或表达dsRNA的植物似乎不太可能存在安全问题。然而，修饰dsRNA以降低其对核酸酶的敏感性和/或增加其细胞摄取可能会增加其对人类和其他动物的毒性。
6. 制剂和载体的影响
大多数研究人员认为，裸dsRNA在环境中是不稳定的。一方面，这限制了在环境中的积累并增加了生物安全性，但另一方面，它降低了产品的功效。近年来，研究开发各种纳米载体以建立高效简单的纳米传递系统已经成为一个热门话题。
多重纳米生物负载dsRNA，帮助dsRNA快速进入植物和害虫体内，成功克服了RNA农药货架期短、速效差的问题。然而，基于纳米给药系统的RNA农药的潜在风险和生物相容性需要在使用前进行评估。已经研究了各种纳米载体，研究最广泛的纳米载体是二氧化硅、甲壳素纳米颗粒、壳聚糖、纳米粘土、石墨烯纳米颗粒、生物聚合物等。大多数纯纳米材料表现出很高的抗菌活性。发现有些纳米材料会损伤细菌膜和DNA，甚至有些纳米材料对细胞有一定的微毒性。先前的研究表明，碳纳米管和纳米银等纳米材料可能对鱼类有剧毒，甚至会影响它们的繁殖，并对藻类和其他水生生物产生负面影响。纳米生物杀虫剂的吸收、生物利用度和毒性主要取决于颗粒数量、颗粒稳定性和颗粒大小分布，了解纳米生物杀虫剂的运输特性是否会导致植物残留应给予足够的重视。
纳米农药在植物中的吸收、运输和分布还不完全清楚，很少考虑纳米农药诱导的植物毒性和遗传毒性。纳米材料和dsRNA的联合使用具有积极的益处，但其环境影响也应引起研究人员的关注，随着纳米材料和dsRNA的联合使用延长了dsRNA在环境、土壤和灌溉系统中的稳定性，风险变得更加复杂。此外，还应考虑纳米粒子在不同细胞、植物、昆虫和哺乳动物中的潜在毒性，以及对代谢活动的影响。因此，需要更多的实验室和现场验证试验来评估纳米生物杀虫剂对NTO、环境和消费者健康的潜在危害。这将允许选择无毒、生物相容和易于降解的纳米材料作为载体。
7. 检测工具面临的挑战
生物信息学和严格的生物测定是RNAi应用风险评估的补充方法。通过比较目标害虫基因与非目标生物的基因组序列相似性来评估偏离目标的可能性。由于序列相似性导致的脱靶效应的可能性可以通过首先在实验开始前仔细设计靶基因的dsRNA，然后将设计的dsRNA放入数据库进行预测和比较来限制。
特别是分类学上密切相关的物种，在一些重要的保守基因中具有非常高的序列相似性，并且在基因组数据中非常相似，这更有可能导致沉默效应。在dsRNAs的设计中应该避免保守区域。由于基因组和功能数据的可用性和可靠性以及对dsRNA处理和RNAi严格性的不完全了解限制了生物信息学工具的预测能力，并可能导致高估危害，因此需要生物测定来获得预测和信息的确认，以改进生产模型。生物信息学程序也需要考虑siRNAs中的协同或干扰相互作用。在大量与dsRNA相关的研究中，只有一小部分文章包含对非靶生物的生物测定。有必要观察非目标生物和以dsRNA为食的害虫为食的天敌生物直接取食dsRNA，包括HIGS技术后不同组织和植物生长期中dsRNA的存在。

暴露于目标和一些选定的非目标生物也是必要的。实验条件应确保在整个测试期间，靶基因在未暴露于含dsRNA饮食的标本中的表达是最佳的，并且一些额外的测量是必需的：研究越全面，信息越可靠。
8. RNA农药产品的监管框架和风险评估
随着基于RNAi的产品进入市场，监管机构面临着为这些产品提供标准化法律框架的挑战。基于HIGS的产品，如SmartStax Pro玉米，遵守现有的转基因生物监管框架。拜耳的SmartStax Pro corn（Mon87411）将苏云金芽孢杆菌（Bt）Cry3Bt1毒素和glyphate抗性的表达与靶向西方玉米根虫（Diabrotica virgifera virgifera）Snf7基因的dsRNA的表达相结合，是第一个商业化发布的用于害虫控制的HIGS产品。
EFSA已经采取了几项措施来确定现有的转基因生物风险评估方法是否适合高风险评估，并不断补充或寻找替代方法。EFSA专家小组得出结论，生物信息学工具不能可靠地预测暴露于HIGS植物的所有NTO中的RNAi活性，因此，这种方法不能作为独立的工具使用。此外，还需要进一步的研究来定义小RNA靶匹配的确切规则。EFSA转基因专家组进一步得出结论，饮食中的ds/siRNA在摄入后会迅速降解，并可能面临细胞和细胞内吸收障碍。除非引入化学修饰以提高稳定性，否则人类和动物吸收的膳食ds/siRNA的量可以忽略不计，通常不需要专门的动物研究。基于SIGS的产品的授权程序和安全性评估不太明确。值得注意的是，基于SIGS的产品不被归类为转基因生物，只要它们不含活的转基因生物，如用于生产dsRNA的工程细菌、感染因子或可翻译成蛋白质的RNA。与直接杀死或灭活害虫的传统化学杀虫剂相比，基于RNAi的产品被认为具有固有的低毒性，因此可以根据其构成的风险对其进行相应的监管。因此，一些当局对这些产品的分类不同于传统农药：在美国，基于SIGS的产品被视为生化农药，而在澳大利亚，它们被注册为农业化学产品。
该产品的注册需要活性成分（dsRNA）和配方的批准。但是，目前没有支持这种注册的数据要求的具体指南。至少需要关于化学和制造、人类健康和安全、环境归宿和毒性、功效和作物安全的数据。在欧洲，基于SIGS的产品没有特定的类别，它们遵循与传统化学农药相同的框架。这意味着基于SIGS的产品必须经过与传统化学农药相同的风险评估程序。然而，由于它们不同且通常较慢的作用模式，这些分析可能不适合评估基于RNAi的产品。应考虑延长观察期，同时考虑非致死表型和生命周期参数。此外，应根据具体情况选择最合适的NTO，考虑生物体对RNAi的敏感性、在现场暴露的可能性以及生物体和允许风险评估的有效方案的可用性。基于RNAi的产品的监管方面最近在中进行了彻底的审查。
最近SIGS产品的批准可能为明确的风险评估程序铺平道路。2023年12月22日，美国环境保护署（EPA）发布公告，正式批准基于SIGS的生物杀虫剂Ledprona（绿光生物科学）对抗L.decemlineata。在批准注册之前，对活性成分和产品配方进行了广泛的评估。因此，获得了在十个州进行试验的实验使用许可。2023年9月，美国环保署为拟议的注册开放了公众意见征询期。在评估过程中，美国环保署还与经济合作与发展组织的主要专家合作，评估RNA生物农药的风险。除了产品和制造过程的物理和化学数据外，注册申请中还评估了潜在风险。
对于实验性使用许可，测试了急性口服、皮肤和吸入毒性以及主要的眼睛和皮肤刺激。接受了免除90天口服、产前发育毒性和致突变性测试的哺乳动物毒性要求的请求。为了支持最终的应用，皮肤致敏研究和文献综述补充了人类健康风险分析，扩展了之前的生物信息学分析。作为饮食暴露分析的一部分，降解研究表明，Ledprona的降解类似于食物中天然存在的植物来源的dsRNA，这表明对人类造成危害的可能性可以忽略不计。此外，还包括罐混合稳定性研究。连同为实验使用许可而进行的研究，这些信息被认为足以支持人类健康风险评估，并得出结论，即不可能对人类产生不合理的不利影响。
对于环境风险评估，提交了环境归宿和非目标生物数据。使用代表性农业土壤进行了需氧土壤退化研究，并进行了好氧水生生物退化研究，结果显示所有土壤和水生生物都在快速退化。此外，评估了制剂对dsRNA稳定性的潜在影响。NTO对活性成分和配方的指导物种（蜜蜂、蚯蚓、绿草蛉、瓢虫、寄生蜂、捕食螨、跳虫和水蚤）进行的研究显示，活性范围很窄。根据这种狭窄的活性范围和应用说明，对鸟类、淡水鱼或植物的不利影响被确定为不太可能。对12种鞘翅目害虫和9种非目标指导物种进行了生物信息学分析，发现5种甲虫（包括近亲和远亲）和2种NTO的序列匹配。NTO中的低命中率与NTO研究中观察到的缺乏效果相一致。对生物信息学分析表明敏感的甲虫进行的进一步测试揭示了这两个密切相关的物种对Ledprona的敏感性。此外，对19种联邦政府列出的受威胁和濒危鞘翅目物种进行了检查，以确定不可能对濒危物种产生影响。NTO测试的结果显示，对非鞘翅目物种没有明显影响的合理预期。根据施用量和估计的环境浓度，以处理过的食物为食的哺乳动物和鸟类的接触量估计较低。经过全面评估后，美国环保署得出结论，Ledprona对环境或人类健康没有不合理的不利影响。
9. 结论
与传统的合成杀虫剂相比，RNAi可以提供一种新的、特定的、环境友好的和可持续的害虫控制策略，可以适应IPM方法。然而，在技术层面、监管层面和风险评估层面，需要克服一些挑战。在这里，我们提供了各种风险和考虑因素的概述，并希望这可以帮助定义风险评估的指南，可以帮助减轻RNAi的潜在有害影响。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/ps.8098

卡卡

我左手拿着《生物化学》
我右手拿着《C语言入门基础》
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如果你是学动物医学科学类的，可能早就知道生物安全一词了。
曾在养殖场就职从事生产技术管理，每到疫情高发季节，生物安全一次简直要听得耳朵起茧。在畜牧业中很重视生物安全，可谓是生产保障的最重要的关卡，常年溜着一句话“养重于防，防重于治”，在这个行业可谓无人不知无人不晓，连最基层的的饲养员都知道，那是因为一直在重视，在研究。
畜牧行业中拿养猪举例，养猪的生物安全条例和细节研究的很多，像什么净区，污区，消毒频率，物品消毒，人员隔离消毒，进出生产车区域洗澡换衣，等等数不胜数，甚至连进入生产区域的公司内部转运车辆都是清洗消毒全车上下包括底盘，然后再封闭通道进行烘干然后检测车表病原微生物数量，再次进行消毒。特别是非洲猪瘟的爆发后，这些都是一个很常见的现象，并不是大家眼里认为的养猪很随意，脏乱差云云。。。以上只是一个例子，真要说生物安全的提出是不是意味着生物学科的春天到来，我也只是对畜牧业了解一些，算是做个铺垫。
个人观点上而言，畜牧业上的生物安全发展还是基于现在的医学微生物这些研究出来的，所以并不是国家没有办法，只是难以实施。毕竟就算在疫情期间，都很难做到大部分人出去购买生活必须品，或者支援之类的活动之后再回到住处整个换洗消毒，环境消毒（养殖场几十个人都会出现不服生物安全管理的人）。但是我相信随着教育和宣传，随着时间进程，全民意识都会提高，生物安全立法，提升到国家安全的级别，后面绝对会有很多动作来配合，落实。国家重视这个事情，所有为之相关的学科或者工作还有新的工作岗位，都会提高和加强。
总之，管好自己和家人，叮嘱朋友，个人能力有限，就做些力所能及的事，早日度过疫情难关！

清风寡欲

那也要看市场需不需要 ，国家重视生物科技也不是一年两年了，二十多年也没见生物狗好找点工作啊

队长是我

一个学科的兴衰不会因为政策而改变，一定是当时的社会和科技因素决定的，就像当年的计算机学和会计学、金融学等，这些学科相关的政策并没有纳入国家战略，只是因为科技和经济发展到了那个程度，创造了众多的就业需求，才使得这些学科成为抢手专业。生物安全提出了近20年，国家相关部门也一直在强调其重要性，虽然一直喊狼来了，但是没有见到真狼之前，人们是无动于衷的。每年一号政策都是关于农业的，强调了那么多年，但是因为农业在国民经济中的地位越来越低，农业技术的发展远远落后于其它科学技术，才导致农学越来越不受民众待见，不受考生欢迎。
这次疫情让全社会，让执政者见到了生物安全的巨大漏洞和隐患，才痛下决心抓紧补短板、堵漏洞、强弱项，该坚持的坚持，该完善的完善，该建立的建立，该落实的落实，完善重大疫情防控体制机制，健全国家公共卫生应急管理体系。
跟这个应急管理体系最直接的学科不是生物学，而是医学，反而会因为野生动物管理加强了，原本利用野生动物资源的相关专业，如动物资源学、经济动物学、养殖学的就业前景，由于相关产业遭受打击而萎缩。当然，野保专业、动物学、病毒学、微生物学、基因工程等专业会受益。