30/03/2017 ИСиЭЖ СО РАН
Новосибирские учёные предлагают бороться с колорадским жуком при помощи грибов и бактерий
304 ИСиЭЖ СО РАН ИХБФМ СО РАН НИОХ СО РАН СО РАН РНФ Науки о жизни Новосибирск Учёные Института систематики и экологии животных СО РАН придумали, как бороться с колорадским жуком с помощью специальных паразитических грибов, бактерий и их метаболитов. Это поможет создать безопасный для природы и человека метод контроля численности вредителя.
Энтомопатогенные грибы, о которых идёт речь, распространены по всему свету, их выделяют из почвы, растений и погибших насекомых. Грибы заражают последних, развиваются в них, заполняют изнутри, тем самым вызывая гибель, а после используют тело погибшего «хозяина» как питательный субстрат для выращивания своего «потомства».
Патогенных грибов у насекомых в сотни раз больше, чем у человека. К 37 градусам человеческого тела адаптировалось не так много жизненных форм паразитических грибов. А температура тела насекомых (как и грибов) равна температуре окружающей среды. На сегодняшний день насчитывается более 1000 видов энтомопаразитических грибов, и это только тех, которые обязательно убивают своего хозяина.
«Грибам, чтобы циркулировать в природе, нужны насекомые, но если встречи с «хозяином» пока не произошло, он какое-то время может выживать за счёт взаимодействия с растениями», — отмечает научный сотрудник ИСиЭЖ СО РАН кандидат сельскохозяйственных наук Оксана Григорьевна Томилова. «Это симбиотические взаимовыгодные отношения. Растения обеспечивают грибам защиту от внешних неблагоприятных воздействий (например, солнца, которое губительно для всех микроорганизмов), служат источником органических питательных веществ, а взамен растения получают защиту от фитофагов. Кроме того, имеются данные, что энтомпатогенные грибы могут поставлять азот от погибших насекомых к корням растения», — рассказывает заведующий лабораторией экологической паразитологии ИСиЭЖ СО РАН доктор биологических наук Вадим Юрьевич Крюков. К тому же накоплено достаточно экспериментальных данных, что эти грибы могут стимулировать рост растений, повышать их устойчивость к фитопатогенам, то есть выступать в качестве антагонистов организмов, вызывающих болезни растений.
Учёные ИСиЭЖ СО РАН решили использовать «убийственные» способности энтомопатогенных грибов в своих целях и бороться с их помощью с вредителями, которые причиняют сельскому хозяйству наибольший ущерб. Однако поскольку грибы — биологические объекты, они зависят от очень многих факторов и не всегда способны эффективно заражать насекомых. Например, мало благоприятны для этого условия с сухой и жаркой погодой, резкими колебаниями суточных температур, которые достаточно часто наблюдаются в широтах с резко континентальным климатом Западной Сибири. Чтобы сделать действие грибов более активным, исследователи добавили к ним различные компоненты, которые резко снижают иммунные реакции насекомых, участвующие в защите от микозов, это, в частности сублетальные дозы бактерий Bacillus thuringiensis, метаболиты почвенной бактерии Streptomyces avermitilis, а также ряд грибных и растительных метаболитов. Благодаря таким комбинациям даже низкие дозы грибов приводят к высокой смертности насекомых, тем самым обеспечивается стабильный эффект в относительно короткие сроки. «Уровень восприимчивости насекомых к болезни в биоценозе можно поменять. И это даже важнее, чем количество присутствующего инфекционного начала. Здесь всё как у людей: развитие наших болезней зависят от того, с каким штаммом мы столкнулись. Но очень большую роль играют стрессирующие факторы, которые влияют на состояние иммунитета, — говорит Вадим Крюков. — Мы можем понизить иммунитет насекомых с помощью указанных метаболитов или низких доз бактерий — и за счёт этого резко повысить их восприимчивость к грибным патогенам».
Как показывает множество работ по тестированию метаболитов этих грибов на теплокровных, для человека они достаточно безопасны, как и бактерии. «Избирательность действия энтомопатогенов во многом обусловлена теми механизмами, которые сформировались в процессе длительной коэволюции энтомопатогенов и их хозяев. Так, например токсические компоненты бактерии Bacillus thuringiensis высвобождаются под действием щелочного pH кишечника насекомого, а у теплокровных — среда кислая. Грибам для прорастания нужны химические компоненты покровов насекомых, но они не способны прорастать на коже теплокровных. Более того, некоторые энтомопатогенные грибы, систематически близкие к тем, которые мы используем в своих экспериментах, активно исследуются в фармакологии в качестве продуцентов лекарственных компонентов», — объясняет Оксана Томилова. Учёные отмечают, что на данный момент разработки находится на стадии экспериментальных препаратов. Есть рецептура, подобраны способы культивирования и дозы, но поскольку ИСиЭЖ СО РАН не является производственной организацией, заниматься коммерциализацией продуктов и их массовым производством он не может, для этого необходимы заинтересованные предприятия и инвесторы. Однако, по словам исследователей, перед ними стоит ещё много фундаментальных вопросов. Например, как у насекомых на разные болезни реагируют те или иные гены? Найти ответ учёным помогают коллеги из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, которые выполняют транскриптомный анализ колорадского жука при различных, в то числе и комбинированных инфекциях. «Также очень интересно, как у этого насекомого изменяется кишечная микрофлора. Например, известно, что её состояние у теплокровных очень сильно определяет восприимчивость организма к грибным вирусным и бактериальным инфекциям. У жуков, по всей видимости, существуют подобные закономерности, но пока эта область крайне слабо исследована, — рассказывает Вадим Юрьевич. — Другое направление — покровы. Мы совместно с коллегами из Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН пытаемся разобраться, каким образом биохимический состав кутикулы насекомых влияет на их чувствительность к грибным инфекциям, и каким образом мы можем воздействовать на покровы». В прикладном плане учёных интересует, какое воздействие грибы, вносимые против колорадского жука, оказывают на устойчивость растений к болезням, на агроэкосистемы. Кроме того, исследователи подбирают способы, позволяющие наиболее эффективно доставлять препарат в агроценозы. Это могут обычные опрыскивания растений (удобны для садоводов), аэрозольные обработки (применимы в фермерских масштабах) или приманки для насекомых с аттрактантами, здесь пока есть над чем работать. «Колорадский жук — это только одна из моделей, однако, исследователи ИСиЭЖ СО РАН активно разрабатывают биологические методы регуляции численности других насекомых. Например, с помощью подобных подходов можно бороться с непарным или сибирским шелкопрядами, опасными стволовыми вредителями — говорит Оксана Томилова. — Эти исследования поддерживается фондом РНФ. Внедрение в практику такого способа борьбы с вредителями позволит снизить уровень пестицидной нагрузки, будет способствовать развитию производства экологически-безопасной (органической) продукции, сохранению окружающей среды и здоровья человека». Диана Хомякова Фото предоставлено Галиной Беньковской