Австралийские исследователи придумали, как можно эффективно бороться с насекомыми-вредителями и переносчиками опасных болезней. Для этого ученые разработали метод, который позволяет самцам насекомых производить и передавать токсичные белки вместе с семенной жидкостью. При спаривании белки попадают к самкам, что быстро сокращает продолжительность жизни последних и снижает их способность распространять болезни.
Генетически модифицированные самцы плодовых мушек могут передавать яд самкам во время спаривания / © Alamy, Abdul Latif
Некоторые насекомые могут переносить инфекционные болезни, что представляет собой серьезную проблему для здоровья человека. Например, малярия передается людям с укусами инфицированных самок комаров рода Anopheles, что приводит к 608 тысячам смертей в год. Комары Aedes aegypti распространяют вирусы, вызывающие арбовирусные заболевания. Эти насекомые переносчики лихорадки денге, чикунгуньи, желтой лихорадки, вируса Зика. Только каждый год лихорадкой денге заражается порядка 390 миллионов человек, около 20 тысяч из них умирает.
Также в природе встречаются насекомые-вредители, которые наносят большой вред культурным растениям. По самым скромным оценкам, в 2017 году ущерб от таких насекомых мировому сельскому хозяйству составил 162 миллиарда долларов США.
Люди уже давно нашли способ борьбы с вредителями — пестициды. Однако у него есть ряд недостатков. Пестициды — химические или биологические препараты, поэтому они могут нанести вред окружающей среде или человеку. Кроме того, со временем многие организмы вырабатывают устойчивость к некоторым веществам, содержащихся в пестицидах, а значит такие препараты перестают быть эффективными.
В последнее время появился еще один способ борьбы с вредителями — биоконтроль популяций генетическими методами. Среди вариантов:
Метод стерильных насекомых (Sterile Insect Technique), когда подавляющее число стерильных насекомых (обычно самцов) выпускается в дикую природу;
Контроль экспрессии гена (Release of Insects carrying a Dominant Lethal). Ученые работают над созданием генетически модифицированных насекомых (самцов), которые несут доминантный летальный ген.
Правда, и эти два метода не совсем действенные. Первый требует массового создания модифицированных самцов, что с экономической точки зрения весьма затратно. Что касается второго метода, оказалось, самки после спаривания с генетически модифицированными самцами продолжают питаться кровью и распространять болезни до естественной смерти, то есть этот метод не позволяет полностью контролировать популяцию конкретных насекомых.
Австралийские биоинженеры Сэмюэль Бич (Samuel Beach) и Мацей Маселко (Maciej Maselko) из Университета Маккуори в Сиднее предложили еще один способ противостояния «плохим» насекомым, основанный на генной инженерии. Этот способ, в отличие от двух вышеперечисленных методов, направлен непосредственно на сокращение численности кусающих самок сразу после спаривания с самцами.
Метод предполагает внедрение ядов пауков и морских анемонов в половые железы насекомых. После генетической модификации самцы насекомых начинают сами производить нейротоксин (в геном самцов внедряют гены, кодирующие такие белки), а затем передают его со спермой самкам. Яд действует на организм самки и сокращает продолжительность ее жизни. Таким образом самцы не просто «переносят» токсин, а становятся его постоянными производителями благодаря измененным генам. О своем открытии ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Биоинженеры провели ряд лабораторных экспериментов. В частности, они испытали на самцах плодовых мушек (Drosophila melanogaster) семь белков-нейротоксинов, принадлежащих разным живым организмам. Лучше всего себя показали токсины самцов паука Phoneutria nigriventer и морского анемона Anemonia sulcata. Самки плодовых мушек после спаривания с генетически модифицированными самцами жили на 37–64 процентов меньше по сравнению с контрольной группой. Важно, что модифицированные самцы сохранили способность эффективно привлекать самок, а это важно для успешного применения метода в природе.
Затем, основываясь на данных полевых испытаний других генетических технологий борьбы с вредителями, ученые смоделировали воздействие этого метода на популяцию комаров Aedes aegypti. Моделирование предсказало, что даже умеренный уровень смертности самок способен сократить популяцию на 40–60 процентов быстрее традиционных способов.
По словам Маселко, насекомые вряд ли смогут выработать устойчивость, так как яд воздействуют только на специфические генетические пути. То есть эти токсины не представляют угрозы для млекопитающих и других полезных насекомых. Тем не менее, авторы научной работы отметили, что необходимо провести дополнительные исследования на комарах, чтобы окончательно подтвердить эффективность и безопасность метода в дикой природе. На это уйдет до трех лет.
