Насекомые ежегодно уносят миллионы человеческих жизней и наносят колоссальный ущерб сельскому хозяйству. По историческим оценкам, москиты стали причиной смерти 52 миллиардов человек — почти половины всех людей, когда-либо живших на Земле. Эти насекомые переносят смертельно опасные заболевания, включая лихорадку денге, вирус Западного Нила, вирус Зика и малярийных паразитов. Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), вредители уничтожают от 20% до 40% мирового урожая ежегодно, что приводит к экономическим потерям в размере 70 миллиардов долларов США.
Традиционные методы борьбы с насекомыми, такие как пестициды, становятся все менее эффективными из-за развития у насекомых резистентности. Кроме того, химические инсектициды негативно влияют на окружающую среду, уничтожая полезных насекомых и потенциально нанося вред здоровью человека, включая возможные связи с развитием рака и повреждением нервной и эндокринной систем.
Ученые из Университета Маккуори в Австралии, Сэмюэл Бич и Мачей Маселко, разработали инновационный подход к контролю популяций насекомых, получивший название «техника токсичного самца». Суть метода заключается в генетической модификации самцов насекомых таким образом, чтобы они производили «ядовитую сперму», которая убивает самок вскоре после спаривания.
Для своих экспериментов исследователи выбрали плодовых мушек (Drosophila melanogaster), поскольку их геном хорошо изучен и относительно легко поддается модификации. Они внедрили в геном мушек гены, отвечающие за синтез ядов, взятые у бразильского странствующего паука (Phoneutria nigriventer) и средиземноморской морской анемоны (Anemonia sulcata).
Механизм действия этой технологии основан на том, что генетически модифицированный самец производит и хранит белки-токсины в своей придаточной железе (аналоге простаты). При спаривании ядовитая сперма попадает в репродуктивный тракт самки и проникает в ее организм. Токсины атакуют центральную нервную систему самки, связываясь с белками ионных каналов, что приводит к параличу и остановке дыхания.
Результаты экспериментов показали, что продолжительность жизни самок после спаривания с «токсичными самцами» снижалась на величину до 64%. Компьютерное моделирование для комара Aedes aegypti, переносчика нескольких опасных вирусов, предсказало успешность этого подхода в борьбе с этим видом.
Новый метод имеет преимущество перед ранее разработанными генетическими технологиями контроля насекомых. Традиционная «техника стерильных насекомых», используемая с 1950-х годов, заключается в облучении самцов для создания бесплодных особей, которые не производят потомства. Более современный подход с использованием доминантных летальных генов приводит к гибели потомства до достижения репродуктивного возраста. Полевые испытания в Бразилии показали, что этот метод может сократить популяцию комаров на 95%. Однако основной недостаток этих методов — временная задержка: сокращение популяции начинается только после рождения одного поколения, а самки продолжают оставаться переносчиками болезней до своей естественной смерти.
Несмотря на перспективность, «техника токсичного самца» сталкивается с рядом проблем. На данный момент эффективность уничтожения самок составляет от 37% до 64%, что недостаточно для полного контроля популяций. Исследователи предлагают протестировать тысячи других генов ядов (от пауков, змей, скорпионов, сороконожек и других ядовитых организмов) для поиска более мощных токсинов. Кроме того, генетически модифицированные самцы должны оставаться достаточно жизнеспособными, чтобы успешно конкурировать с обычными самцами и спариваться.
Существуют также опасения относительно экологических последствий массового сокращения популяций насекомых. Насекомые играют важную роль в опылении растений и служат пищей для многих видов, например, летучих мышей. Непредвиденные эффекты на экосистемы при исчезновении насекомых могут быть значительными, что требует дополнительного мониторинга и увеличивает стоимость проекта.
Альтернативный подход, известный как паратрансгенез, заключается в изменении кишечных бактерий насекомых таким образом, чтобы они производили токсин, убивающий паразитов, но оставляющий насекомое живым. Этот метод может представлять меньший риск для экосистем, поскольку не обязательно сокращает популяции насекомых.
Учитывая способность насекомых адаптироваться к мерам контроля, наличие нескольких стратегий (техника стерильных насекомых, летальные гены, техника токсичного самца, паратрансгенез) представляется преимуществом в долгосрочной перспективе борьбы с опасными и вредными насекомыми.
Изображение носит иллюстративный характер
Традиционные методы борьбы с насекомыми, такие как пестициды, становятся все менее эффективными из-за развития у насекомых резистентности. Кроме того, химические инсектициды негативно влияют на окружающую среду, уничтожая полезных насекомых и потенциально нанося вред здоровью человека, включая возможные связи с развитием рака и повреждением нервной и эндокринной систем.
Ученые из Университета Маккуори в Австралии, Сэмюэл Бич и Мачей Маселко, разработали инновационный подход к контролю популяций насекомых, получивший название «техника токсичного самца». Суть метода заключается в генетической модификации самцов насекомых таким образом, чтобы они производили «ядовитую сперму», которая убивает самок вскоре после спаривания.
Для своих экспериментов исследователи выбрали плодовых мушек (Drosophila melanogaster), поскольку их геном хорошо изучен и относительно легко поддается модификации. Они внедрили в геном мушек гены, отвечающие за синтез ядов, взятые у бразильского странствующего паука (Phoneutria nigriventer) и средиземноморской морской анемоны (Anemonia sulcata).
Механизм действия этой технологии основан на том, что генетически модифицированный самец производит и хранит белки-токсины в своей придаточной железе (аналоге простаты). При спаривании ядовитая сперма попадает в репродуктивный тракт самки и проникает в ее организм. Токсины атакуют центральную нервную систему самки, связываясь с белками ионных каналов, что приводит к параличу и остановке дыхания.
Результаты экспериментов показали, что продолжительность жизни самок после спаривания с «токсичными самцами» снижалась на величину до 64%. Компьютерное моделирование для комара Aedes aegypti, переносчика нескольких опасных вирусов, предсказало успешность этого подхода в борьбе с этим видом.
Новый метод имеет преимущество перед ранее разработанными генетическими технологиями контроля насекомых. Традиционная «техника стерильных насекомых», используемая с 1950-х годов, заключается в облучении самцов для создания бесплодных особей, которые не производят потомства. Более современный подход с использованием доминантных летальных генов приводит к гибели потомства до достижения репродуктивного возраста. Полевые испытания в Бразилии показали, что этот метод может сократить популяцию комаров на 95%. Однако основной недостаток этих методов — временная задержка: сокращение популяции начинается только после рождения одного поколения, а самки продолжают оставаться переносчиками болезней до своей естественной смерти.
Несмотря на перспективность, «техника токсичного самца» сталкивается с рядом проблем. На данный момент эффективность уничтожения самок составляет от 37% до 64%, что недостаточно для полного контроля популяций. Исследователи предлагают протестировать тысячи других генов ядов (от пауков, змей, скорпионов, сороконожек и других ядовитых организмов) для поиска более мощных токсинов. Кроме того, генетически модифицированные самцы должны оставаться достаточно жизнеспособными, чтобы успешно конкурировать с обычными самцами и спариваться.
Существуют также опасения относительно экологических последствий массового сокращения популяций насекомых. Насекомые играют важную роль в опылении растений и служат пищей для многих видов, например, летучих мышей. Непредвиденные эффекты на экосистемы при исчезновении насекомых могут быть значительными, что требует дополнительного мониторинга и увеличивает стоимость проекта.
Альтернативный подход, известный как паратрансгенез, заключается в изменении кишечных бактерий насекомых таким образом, чтобы они производили токсин, убивающий паразитов, но оставляющий насекомое живым. Этот метод может представлять меньший риск для экосистем, поскольку не обязательно сокращает популяции насекомых.
Учитывая способность насекомых адаптироваться к мерам контроля, наличие нескольких стратегий (техника стерильных насекомых, летальные гены, техника токсичного самца, паратрансгенез) представляется преимуществом в долгосрочной перспективе борьбы с опасными и вредными насекомыми.
