Разрабатывается нанотехнологический метод для доставки пестицидов вредителям на основе их уникальной ДНК без вреда полезным насекомым.
Вредные насекомые являются проклятием для фермеров и ответственны за потерю до 40% урожая во всем мире. И, напротив, полезные насекомые имеют большое позитивное значение для глобальных экосистем и производства продовольствия. Например, опылители способствуют урожайности сельскохозяйственных культур, а хищные энтомофаги поддерживают баланс агроэкосистем и предотвращают вспышки вредителей.
Канадские исследователи разрабатывают новое поколение методов обработки сельскохозяйственных культур, воздействующих только на вредителей.
Доктор Джастин Пахара и его команда из Летбриджского центра исследований и разработок Министерства сельского хозяйства и агропродовольствия Канады (AAFC) создали новые методы скрининга, чтобы определить эффективность существующих методов обработки сельскохозяйственных культур. Однако их конечная цель — разработать метод использования нанотехнологий для доставки специфических химических веществ к вредителям на основе их уникальной ДНК, не причиняя вреда полезным насекомым.
Например, используя методы, разработанные и протестированные в Канадском центре изучения света (CLS) при Университете Саскачевана, исследователи обнаружили, что у клопов-лигусов есть участки, обогащенные минералами, указывающие на определенные белки, которые в будущем можно будет использовать для борьбы с ними с помощью специальных препаратов высокой точности. Клоп-лигус — распространенный сельскохозяйственный вредитель, поражающий многие культуры, включая рапс. Инновационные методы Пахары и его команды опубликованы в журнале «Canadian Journal of Chemistry».
«Нам всем нужна еда, и если фермеры не могут эффективно выращивать свою продукцию и зарабатывать на жизнь, это проблема. Нам нужны новые инструменты для борьбы с вредителями. Насекомые становятся более устойчивыми к химикатам, подобно тому, как у бактерий развивается устойчивость к антибиотикам», — говорит Пахара.
Разработка целевых методов борьбы с вредителями также позволит оставить в прошлом практику «ковровых бомбардировок» пестицидами.
«Подход «опрыскивайте и молитесь» в конечном итоге приводит к гибели полезных насекомых, таких как опылители, и хищных насекомых, паразитоидных ос и жуков, которые помогают поддерживать здоровую экосистему», — поясняет ученый.
Первым шагом было изучение того, как пестициды и наноматериалы попадают в организм насекомых и где накапливаются эти вещества. Эта информация поможет разработать более эффективные решения.
Пахара и его команда использовали линию передачи пучка BioXAS в CLS для создания рентгеновских снимков совок и клопов-лигусов, показывающих, какие химические вещества присутствовали в насекомых и где.
Затем группа разработала специальное программное обеспечение для изучения изображений насекомых в 3D-моделях с использованием виртуальной реальности, что позволило им еще «внимательнее рассмотреть» внутреннюю часть тел насекомых.
«Разработка новых подходов — очень сложная задача, а 3D-реконструкции обеспечивают значительную трехмерную пространственную физико-химическую осведомленность при анализе и интерпретации данных о насекомых-вредителях. Разработанный нами подход предоставляет исследователям быстрый способ получения информации об относительном анатомическом распределении элементов в тканях целого организма, позволяя им использовать эту информацию для выяснения базовых биологических свойств и механизмов, а также использовать эти элементарные распределения для разработки технологий. Проще говоря, трёхмерные реконструкцию насекомых-вредителей можно загружать в программное обеспечение виртуальной реальности для расширенной и ускоренной визуализации, обработки и анализа данных», — говорит Пахара.
Теперь, когда Пахара и коллеги знают, как работают их скрининговые тесты, они расширяют свои исследования на сорняки и патогенные грибы. Также они смогут начать тестирование доставки наноматериалов, разработанных как AAFC, так и подразделением NANO Национального исследовательского совета Канады, в тела насекомых.
Источник: Canadian Light Source. Автор: Грег Баски.
Исследование опубликовано в журнале Canadian Journal of Chemistry, doi.org/10.1139/cjc-2024-0246
На фото - экспериментальная установка для рентгенофлуоресцентной визуализации. (A) Образцы на установке BioXAS; (B) процесс сканирования с использованием контрольного видео (вверху) и сбора данных (внизу). Источник: Canadian Journal of Chemistry.