Как сделать микроскопических червей более смертоносным инсектицидом
Микроскопические нематоды могут быть мощным органическим инсектицидом, убивающим вредителей, не вредя растениям, полезным насекомым и окружающей среде. Проблема в том, что при массовом разведении для сельского хозяйства они, как говорит Байрон Адамс, «слабнут» и становятся менее смертоносными, чем их дикие сородичи.
Профессор биологии Университета Бригама Янга и его студенты проанализировали генетические изменения у лабораторных червей, делающие их менее опасными для насекомых. Результаты помогут сохранить качества того, что Адамс с любовью называет «прирождёнными убийцами». Эти данные также помогают понять, как победить паразитов, вредящих растениям, животным и вызывающих болезни у человека.
Команда сообщает о своих результатах в новом выпуске BMC Genomics. Ведущий автор — аспирант Бишво Адхикари; двое соавторов, бывших на момент исследования студентами, теперь получают PhD в Калтехе и Университете Висконсина.
Как черви защищают урожай
Когда червь H. bacteriophora находит насекомое в почве, он заползает внутрь и, по словам Адамса, «изрыгает» особые бактерии, которые путешествовали вместе с ним.
Бактерии быстро убивают насекомое и распространяются, а червь пожирает бактерии и размножается. Бактерии и молодые черви доедают остатки насекомого, а затем вместе отправляются на поиски нового хозяина.
Растения и другие насекомые, например пчёлы, не страдают, а черви не токсичны для человека. Бактерии смертельны только при попадании внутрь насекомого, а не при проглатывании, и не могут выжить в почве или воде. Таким образом, они представляют угрозу только для насекомых-мишеней червя, к которым относятся японский жук, многие виды долгоносиков, колорадский жук, жуки-листоеды и многие другие. Эти вредители могут нанести серьёзный ущерб цитрусовым деревьям, газонной траве, картофелю и другим культурам.
В природе черви встречаются в слишком малых концентрациях, чтобы эффективно уничтожать вредителей. Поэтому фермеры могут закупать их в больших количествах, массово произведённых в огромных ферментерах, и распространять через оросительные системы. Проблема именно в производстве смертоносных нематод в промышленных масштабах.
Лабораторные черви слабеют
Предыдущие исследования показали, что черви, выращенные вдали от естественной среды, менее смертоносны для насекомых. Через несколько поколений они хуже размножаются и находят хозяев, менее устойчивы к жаре и не так токсичны для обнаруженных насекомых.
«Мы хотели узнать генетические механизмы, ответственные за эти изменения, поэтому провели серию экспериментов, чтобы изучить различия в экспрессии генов между убийцами и слабаками», — сказал Адамс.
Команда изучила все экспрессируемые гены инбредной линии (слабаков) и их исходной родительской линии (убийц). Они обнаружили различия в экспрессии 1185 генов, включая гены, связанные с метаболизмом, вирулентностью и долголетием.
«Мы показываем, что даже очень небольшие изменения в относительной экспрессии этих генов могут привести к значительным изменениям в степени "слабости"», — отмечает Адамс.
Теперь учёные могут принять меры для улучшения качества червей, поставляемых фермерам. Но не это больше всего волнует Адамса в данной работе.
Более широкое применение
«Исследование также показывает, что многие гены, участвующие в признаках "убийца/слабак" у этих червей, уникальны для червей, являющихся опасными паразитами растений, людей и других животных», — говорит Адамс.
Некоторые из идентифицированных генов играют фундаментальную роль во взаимодействиях паразита и хозяина, таких как вирулентность и подавление защитных систем хозяина. Это означает, что продукты этих генов могут быть перспективными мишенями для фармацевтических препаратов.
Другие вмешательства могут предотвратить болезни, нарушая и изменяя функции этих генов — используя знания о том, как нематоды, убивающие насекомых, эволюционировали, чтобы стать менее смертоносными, и направив вредных паразитов по тому же пути.