Биологические инсектициды - это природные пестициды, которые представляют собой экологически чистую альтернативу многим из существующих пестицидов, используемых в сельском хозяйстве. Но успешное их применение зафиксировано, в основном, на ГМ-культурах
Население Земли растет беспрецедентными темпами. Прогнозируется, что к концу 2050 года население нашей планеты достигнет 9,77 миллиарда человек, а в 2100 году оно превысит 11 миллиардов.
Последствия этого демографического бума непосредственно повлияют на доступность и распределение продуктов питания. Поскольку сельскохозяйственные угодья ограничены, урожайность культур должна быть значительно увеличена для поддержания роста населения.
Членистоногие - беспозвоночные животные, которые включают различные классы организмов, в том числе, насекомые и паукообразные. Многие из насекомых являются естественными врагами агрокультур.
В настоящее время членистоногие контролируются с помощью агрохимических пестицидов, но эти методы уже не так эффективны, как десятилетия назад. Например, плодовые мушки выработали устойчивость к малатиону.
Кроме того, поскольку большинство агрохимических пестицидов недостаточно специфичны для борьбы с насекомыми-вредителями, они негативно влияют и на полезные виды членистоногих, таких как пчелы или осы.
В период с 2005 по 2009 год Агентство по охране окружающей среды США (US EPA) сняло с учета десятки утвержденных химических пестицидов в результате ужесточения законодательства. Это создало потребность в альтернативных решениях.
В последние годы возобновился интерес к использованию натуральных продуктов в качестве заменителей традиционных химикатов. Акцент сместился на экологически безопасные методы борьбы с вредителями и стали набирать актуальность биопестициды. Биоинсектициды, в том числе.
Как видно из названия, биоинсектициды - это природные соединения или целые микроорганизмы, используемые для борьбы с насекомыми преимущественно в сельском хозяйстве. В частности, разработчики заявляют свои продукты как экологически чистые и ориентированные на конкретные виды насекомых.
ГМ-культуры как биоинсектициды
Различные источники биопестицидов были изучены в последние десятилетия.
ГМО-растения, экспрессирующие некоторые гены устойчивости к насекомым или грибные патогены, являются одними из самых популярных.Тем не менее, немногие из них в настоящее время коммерциализированы в сельскохозяйственной отрасли.
Внедрение первых генетически модифицированных (ГМ) культур в сельском хозяйстве стало первым шагом на пути к разработке биологических инсектицидов.
Эти растения экспрессируют бактериальный кристаллический токсин (Cry toxin) из Bacillus thuringiensis, более известный как Bt. Bt-токсины работают против определенных видов насекомых, не причиняя вреда нецелевым объектам. До настоящего времени было зарегистрировано лишь несколько случаев устойчивости вредителей к Bt-культурам.
После внедрения этих ГМ-культур в середине 1990-х годов использование агрохимических инсектицидов резко сократилось по всему земному шару, а применение биоинсектицидов ежегодно увеличивается.
В настоящее время 90 процентов биологических методов борьбы с вредителями основаны на Bt.
Компания Monsanto разработала множество культур-Bt, включая пшеницу, кукурузу и томаты, которые широко продаются и выращиваются по всему миру. Эти ГМ-культуры экспрессируют токсины Cry, которые делают их устойчивыми, избегая использования внешних обработок пестицидами.
После появления на рынке Bt-хлопчатника для контроля бабочек и мотыльков было зарегистрировано более 60 различных вариантов для коммерческого использования. Другие виды сельскохозяйственных ГМ-культур также генетически модифицированы и одобрены в ряде стран.
Грибы как естественная замена инсектицидам
Постоянное воздействие токсинов Cry на вредителей ускоряет появление устойчивых штаммов насекомых, что несколько подрывает веру в биоинсектицидные ГМО как в панацею от вредителей.
Альтернативно Bt-культурам, насекомые-вредители могут быть уничтожены с помощью энтомопатогенных грибов.
Этот биологический инсектицид, впервые созданный в начале 2000-х годов в Австралии, работает следующим образом: споры гриба прорастают на поверхности насекомого и проникают внутрь для размножения впоследствии внутри хозяина.
Во время процесса грибы производят ряд ферментов, которые помогают патогенным микроорганизмам проникать в организм насекомых, вызывая их гибель. Тем не менее, этот инсектицид не всегда подходит, так как обычно требуется больше недели, чтобы убить насекомое.
Грибные биоинсектициды обеспечивают контроль против широкого спектра насекомых-вредителей, таких как тля, трипс и белокрылка, не затрагивая полезные виды, пчел или ос.
Яд паука превратили в биоинсектицид
Из новинок биоинсектицидной индустрии интересны яды хищных насекомых.
Так, ученые обнаружили, что яд паука достоин того, чтобы на его основе производить новое семейства достаточно простых биопестицидов, стоимость производства и общая безопасность которых могут обеспечить им преимущества по сравнению с традиционными агроинсектицидами.
Vestaron Corporation - первая биотехнологическая компания, которая задействовала пептиды яда австралийского паука Hadronyche versuta для создания биологического пестицида для теплиц против трипсов, белокрылок и паутинных клещей без отрицательно влияния на насекомых-опылителей.
Паучий яд действуют как ингибитор центральной нервной системы. Целевые насекомые-вредители погибают в течение нескольких часов после перорального приема или физического контакта с токсичным белком. Деградация продукта происходит в течение двух дней при воздействии солнечного света. Кроме того, его стоимость изготовления довольно низкая.
Тем не менее, до предстоящей коммерциализации требуются пробные испытания и одобрение регулирующих органов, хотя «паучьи» биоинсектициды кажутся такими же перспективными в борьбе с вредителями, как и их предшественники.
Несмотря на то, что в последние годы индустрия биоинсектицидов постепенно эволюционировала, некоторые проблемы, связанные с использованием микроорганизмов для борьбы с насекомыми, все же есть.
Основная причина - боязнь биологического загрязнения пищи и неконтролируемое распространение микроорганизмов.
(Источник: sciencenordic.com. Автор: Лидия Аргеми Мунтадас, кафедра биотехнологии и биомедицины, Технический университет Дании (DTU)).