Традиционные способы защиты сельхозкультур теряют свою эффективность из-за способности живых организмов приспосабливаться к воздействию пестицидов. Это заставляет ученых искать новые способы нейтрализации вредителей и болезней. Только одна капустная моль ежегодно наносит ущерб сельхозпроизводителям в размере пяти миллиардов долларов в год. Наша газета уже рассказывала о химической радиационной стерилизации насекомых-вредителей. Представляем еще одно направление – использование генной инженерии.

Новым направлением борьбы с вредителями, созданном в США, стало использование генной модификации. Журнал Sciencemag опубликовал статью о работе биотехнологической компанииOxitec. Основной мишенью для исследователей стала капустная моль. Чтобы снизить количество вреда, исследователи добавили насекомому два новых гена. Один из них включается только в потомстве генетически модифицированных (ГМ) самцов, приводя к смерти всех новорожденных самок. Ген передается по мужской линии, и все родившиеся от ГМ-насекомых самцы также не смогут иметь потомства женского пола. Другой ген, кодирующий красный флуоресцентный белок, нужен был только для идентификации ГМ-мотыльков в природе. Макс Скотт, энтомолог из Университета Северная Каролина считает, что эта технология обладает отличным потенциалом.

Новый подход, разработанный компанией Oxitec, представляет собой версию технологии стерилизации насекомых, которая уже несколько десятилетий используется для борьбы с мошкой (паразитом домашнего скота) и другими вредителями. До сих пор для стерилизации насекомых-вредителей использовались химикаты или излучение. Однако, при их использовании требуется большие количества стерильных насекомых из-за того, что радиация делает мужские особи менее энергичными, чем их дикие конкуренты. «Излучение насекомых похоже на использование кувалды», - говорит Тони Шелтон, энтомолог из Корнелльского университета, который изучает капустную моль и возглавляет текущее исследование. «Мы решили получить тот же результат, просто настроив гены».

Этот проект и был реализован компанией Oxitec. Эта биотехнологическая компания известна своей работой со стерильными комарами, которых она тестировала в Бразилии и других тропических странах для борьбы с лихорадкой денге и другими заболеваниями в 2019 году в окрестностях городе Индайатуба. Мотыльки капустной моли были спроектированы таким же образом: исследователи собрали «ген летальности», называемый тетрациклиновым вариантом активатора транскрипции (tTAV ) путем объединения ДНК из бактерии Escherichia coli и вируса простого герпеса. А затем они добавили «ген летальности» к насекомым.

Идея состоит в том, что когда модифицированные самцы спариваются с самками в дикой природе, они передают свой ген tTAV. Ген препятствует развитию женского потомства, и они умирают еще в стадии личинки. Но потомство мужского пола выживает, и половина его наследует tTAV. После того, как эти самцы вырастают и спариваются с другими дикими насекомыми, следующее поколение женского потомства также умирает, еще больше сокращая популяцию. 

В 2015 году Тони Шелтон и его коллеги показали в тепличном исследовании, что модифицированные моли могут сбить популяцию за три поколения. Другое испытание, начатое в 2017 году, помогло оценить поведение насекомого в реальном поле, где погода и хищники могут сделать жизнь более сложной. Исследователи выпустили несколько тысяч модифицированных насекомых на капустном поле, затем установили ловушки с ароматическими приманками по всему полю, чтобы посмотреть, как далеко могут путешествовать насекомые. Оказалось, что модифицированные моли ведут себя так же, как обычные.

В ходе эксперимента модифицированные моли выпускались шесть раз - от 1000 до 2500 особей за каждый раз. По наблюдениям ученых, ГМ-самцы в первый сезон выжили в дикой природе и успешно конкурировали с дикими самцами за спаривание с самками. Как и предполагалось, в течение нескольких поколений ГМ-насекомые на территории полностью исчезли. Для контроля выхода искусственного штамма из местной экосистемы исследователи использовали методику mark — release — recapture (пометил — выпустил — поймал), когда меченые мотыльки, привлеченные специальными феромонами, собирались в ловушки.

Руководитель британского исследовательского центра Oxitec в области сельского хозяйства и один из авторов исследования Нил Моррисон отметил, что исследование показало огромный потенциал такой технологии как инструмента борьбы с вредителями.

Безусловно, у нового метода борьбы с капустной молью есть свои недостатки. Один из них заключается в том, что выпуск насекомых более сложен в использовании, чем просто распыление инсектицидов, и пока более дорог, отмечает Макс Скотт, энтомолог из Университета штата Северная Каролина. Кроме того, органические фермеры, которые являются крупным рынком для применения средств биологического контроля, не могут использовать генетически модифицированных насекомых.

Нил Моррисон, который руководит сельскохозяйственными исследованиями в Oxitec, заявил, что компания «оценивает потенциальные возможности в регионах, где управление популяциями моли является сложной задачей для фермеров». Компания также продолжает исследовать технологию для борьбы с двумя другими основными вредителями. Одним из них является мотылек, называемый соевым листоедом, который развил устойчивость к инсектицидам в Бразилии, где он также наносит ущерб хлопку и кукурузе. Другой - осенний армейский червь, который является еще более всеядным и становится серьезной проблемой для сельского хозяйства в Африке.

В России внимательно следят за экспериментами по борьбе с насекомыми-вредителями, однако, на практике пока генномодифицированных насекомых для защиты сельхозкультур не используют.

 Лариса Южанинова

При подготовке статьи использованы материалы журнала Sciencemag