Предложен новый метод воздействия на насекомых, в котором в качестве орудия выступают бактерии, населяющие пищеварительную систему этих насекомых. Метод обещает быть эффективным для целого ряда видов, в том числе и опасных для человека.
В основе метода лежит РНК-интерференция – механизм, используемый организмами для регулирования активности генов. Регуляция происходит за счет того, что к матричным РНК, которые клетка использует в качестве «матрицы» для синтеза белков, присоединяются особые молекулы – малые интерферирующие РНК. В результате матричная РНК не может запустить в рибосоме синтез соответствующего белка, и его выработка в клетке снижается. Хотя в клеточном ядре ген продолжает работать, синтезируя матричную РНК, фактически он оказывается выключенным.
Механизм РНК-интерференции у ряда видов насекомых были изучен уже некоторое время назад, и у ученых возникло желание использовать это явление для воздействия на насекомых. Но проблемой стала доставка соответствующих малых интерферирующих РНК в организм насекомого. Теперь выяснилось, что помощь в этом деле могут оказать бактерии. Ученые из Университета Суонси в Уэльсе назвали эту технологию симбионто-опосредованной РНК-интерференцией. Бактерии-симбионты из кишечника насекомых, передают им нужные цепочки РНК, которые «отключают» выработку определенных белков в их организме.
Метод был испытан на двух видах насекомых. Первый – поцелуйный клоп (Rhodnius prolixus). В подсемейство триатомовых, или поцелуйных, клопов входит более сотни видов, которые предпочитают наносить укус в район слизистых оболочек, например, в губы человека, за что им и было дано такое название. Вид Rhodnius prolixus обитает в Центральной и Южной Америке и служит переносчиком болезни Шагаса (подробнее о ней мы рассказали в отдельном очерке). Вторым участником испытаний стал западный цветочный трипс (Frankliniella occidentalis) – небольшое насекомое длиной всего лишь около миллиметра, которое прокалывает листья растений и питается их клеточным соком. Западный цветочный трипс способен питаться на десятках видов растений, от гвоздик и хризантем до лопуха и огурцов. Уроженец Калифорнии, он с 1980-х годов широко распространился по Европе, Австралии, Китаю и Южной Америке. Пораженные им растения в лучшем случае снижают урожайность, а при сильном заражении гибнут. Помимо этого западный цветочный трипс переносит ряд вирусных болезней, поражающих растения. При этом трипс сумел развить у себя устойчивость к большинству пестицидов.
У поцелуйных клопов исследователи решили отключать гены, ответственные за способность к размножению. Для западных цветочных трипсов подобрали гены, неправильная работа которых должна была приводить к гибели насекомого на личиночной стадии. Соответствующие малые интерферирующие ДНК были при помощи кишечных бактерий доставлены в организм клопов и трипсов. В результате фертильность поцелуйных клопов снизилась на 100 %, а личиночная смертность трипсов достигла 60 %.
Ученые считают, что симбионто-опосредованная РНК-интерференция будет применима к широкому диапазону видов насекомых, как переносчиков опасных болезней, так и сельскохозяйственных вредителей. В случае дальнейшего развития метода можно будет оказаться от использования больших количеств пестицидов, которые сейчас тратятся на сдерживание ряда насекомых-вредителей. Среди первоочередных целей авторы метода называют комаров из рода Aedes, которые распространяют желтую лихорадку, лихорадку денге, вирус Зика и многие другие болезни.
Как указывают авторы, главным условием возможности применить их метод служит наличие у насекомых таких видов бактерий-симбионтов, которые можно было бы культивировать в лабораторных условиях. Уже сейчас ясно, что помимо комаров рода Aedes к таким насекомым относятся комары Anopheles (переносчики малярии), муха цеце (переносчик сонной болезни), цитрусовая белокрылка (вредитель плодовых растений), а также медоносная пчела.
Для каждого вида насекомых, на которое люди захотят оказать воздействие при помощи РНК-интерференции, планируется определять специфический вид бактерий-симбионтов, обитающий только в организме данного насекомого. А также нужно определить ген или несколько генов, работу которых предстоит регулировать. Для этого можно будет использовать данные, которые в данный момент собираются в рамках масштабного проекта i5k, посвященного прочтению геномов 5000 видов насекомых и других членистоногих.
Воздействие на работу генома насекомых, которое будет осуществляться при помощи симбионто-опосредованной РНК-интерференции, может быть не только губительным. Возможно, данный метод позволит решить многие проблемы, связанные с медоносными пчелами и другими ценными опылителям, сделав их более устойчивыми к патогенам.
Итоги эксперимента изложены в статье, опубликованной журналом Proceedings of the Royal Society B.
