Распыление инсектицидов для уничтожения комаров. Комары являются переносчиками многих разрушительных заболеваний, таких как малярия. Sukjanya / Shutterstock.com

Сетки. Инсектициды. Стерильные и генетически модифицированные насекомые, Сейчас ученые добавляют генно-инженерный токсический гриб в арсенал оружия, чтобы уничтожить комаров, которые несут малярийного паразита.

Хотя инсектициды и сетки на кроватях с инсектицидами, безусловно, две наиболее часто используемые стратегии, эффективно снизили число инфекций и смертей, глобальное бремя малярии не уменьшилось за последние несколько лет, В 2017, 219 миллионов человек были заражены малярией, и предположительно 435,000 умерли. Это потому комары развивают устойчивость к инсектицидам.

An Анофелес комаров, принимающих кровяную муку от человека-хозяина. Именно в ходе этих кровяных приемов комары передают малярию людям. CDC

Быстрая эволюция сопротивления является общей и постоянной темой наших гонок вооружений против комаров, передающих малярию, а также против вредителей и патогенных микроорганизмов в целом. Через некоторое время, организмы мутируют и развивают устойчивость к любому новому наркотику, который используется, чтобы убить их. Не удивительно, что люди всегда оказываются на стороне проигравших; вот почему новое оружие необходимо. И последний из них - грибок-убийца.

Борьба с убийцами с убийцами

В качестве эволюционный биолог, изучающий грибыЯ знаком со способностью этих организмов вызывать разрушительные заболевания в различных растений и животные, в том числе люди, В то время как многие грибковые патогены заражают широкий спектр хозяев, другие могут атаковать только избранные.

Эта реализация привела ученых к новой стратегии борьбы с малярией: заражать и убивать болезнетворных комаров, используя грибковые патогены, с которыми они сталкиваются в природе. Это не первый раз, когда грибы превращаются в оружие. На самом деле, это именно та стратегия, которая стоит за очень успешным биологическим пестицидом, Зеленая мышца, который убивает саранчу и кузнечиков по всему миру.

Заражение комаров их естественными патогенами, такими как патогенные грибы рода Metarhizium - это особенно привлекательная стратегия, потому что, в отличие от бактериальных или вирусных патогенов, грибы могут заразить комаров, просто вступая с ними в контакт и не нужно глотать. Кроме того, грибы, как правило, более благоприятны для окружающей среды, чем традиционные химические инсектициды. Но работает ли эта стратегия?

Пятнадцать лет назад полевые испытания в сельской Танзании показали, что это может, Вешая простыни из хлопка, привитые грибами, убивающими насекомых, на потолки домов, где покоятся комары, одна треть комаров заразилась. Согласно моделям передачи малярии, такой уровень заражения может уменьшить количество случаев заболевания малярией на 75%.

Но Metarhizium грибы, как показали полевые испытания в Танзании, не всегда способны заразить своих хозяев комарами. И грибковые инфекции, как правило, занимают несколько дней, чтобы убить комаров. В лаборатории грибам требуется в среднем от семи до девяти дней, чтобы убить комаров, в зависимости от дозы. Брайан Ловетт, аспирант работает в Лаборатория Рея Св. Леже Этьен Билго, постдокторант работает с энтомолог Abdoulaye Diabateдумал, что они могут заразить больше комаров и убить их быстрее.

Как? Используя грибы, которые были генетически модифицированы для производства токсина под названием «Гибрид», который специфически атакует нервную систему членистоногих, группу, которая включает насекомых и их род, таких как пауки и ракообразные. Предыдущие лабораторные эксперименты в 2017 той же командой уже показали, что эти ГМ-грибы убивали комаров быстрее, чем немодифицированных.

Большой вопрос теперь был, работал ли он на природе.

Команда MosquitoSphere состоит из авторов статьи и местных волонтеров из Сумуссо, Буркина-Фасо. Задний ряд (слева направо): Этьен Билго, Оливер Зида, Бема Уаттара; Средний ряд: Бурейма Саре, Юдикаэль Зида, Брайан Ловетт, Мусса Уаттара, Михаллу Санфо и Бамори Уаттара; Первый ряд: Яя Уаттара и Жак Гнамбани. Брайан Ловетт, CC BY-SA

ГМ грибки убивают комаров быстрее, разрушая популяции

Чтобы снизить риски, связанные с полевыми испытаниями, Ловетт и Билго проверили свой ГМ-гриб вMosquitoSphere»- большое специально разработанное поле для экранирования, разработанное для точного соответствия условиям на открытом воздухе в Сумуссо, Буркина-Фасо. Создавая хижины с хлопковыми простынями, которые содержали споры, производящие токсин ГМ Metarhizium грибы, а также грибы с немодифицированными грибами в качестве контролей, Ловетт и Билго обнаружили, что от 70% до 80% комаров были заражены в обоих типах хижин. Но комары в хижинах с ГМ грибами умер в среднем в течение пяти дней, в то время как комары в хижинах с неизмененными грибами умерли спустя почти девять дней.

Хижины MosquitoSphere в Soumousso, Буркина-Фасо, где проводились эксперименты с токсичными грибами GM-убийцы. Брайан Ловетт

Изучив, как популяции москитов со временем жили, они также обнаружили, что ГМ-грибы инфицировали несколько поколений комаров, В одном корпусе с ГМ-грибами первоначальная популяция комаров 1,500 за полтора месяца рухнула до 13.

Обещание и риски

Генетически вооружив и без того смертельно опасный грибковый патоген мощным токсином, исследователи смогли значительно сократить численность «полевых» комаров в той части мира, где малярия является эндемической, а комары устойчивы к химическим инсектицидам.

Необходимо срочно пресечь передачу малярии, особенно в странах Африки к югу от Сахары, где 92% случаев и 93% случаев смерти происходят. Вместе Агентство по охране окружающей среды США утверждение гибридного токсина под коммерческим наименованием Versitude и разрешением на использование немодифицированных Metarhizium Грибы как «биопестицид» в некоторых африканских странах могут проложить путь к зеленому свету при использовании генетически модифицированных Metarhizium грибы в борьбе с малярией.

С другой стороны, выброс грибов, несущих смертельный токсин насекомых, вызывает опасения по поводу непреднамеренного вреда «нецелевым» насекомым. Metarhizium грибки поражают лишь небольшую группу насекомых и эксперименты, где нецелевые насекомые, такие как пчелы, были заражены как ГМ, так и немодифицированными грибами, не влияющими на выживание пчел. Даже если ген попадет в грибы, которые заражают людей - очень маловероятный сценарий - он не окажет никакого влияния на нас, потому что токсин действует только на насекомых.

Ограничение распространения гена, который производит гибридный токсин в организмах, кроме Metarhizium грибы - еще одна потенциальная проблема. Одной из мер предосторожности может быть добавление генетические переключатели, которые уменьшают выживание гриба вне помещения. Но есть также несколько присущих Metarhizium грибы - такие как их крупные, не переносимые по воздуху и споры, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, - снижают вероятность рассеивания.

Будучи многообещающей, эта стратегия по существу отравления комаров генно-инженерными грибами не гарантируется. Комары могут развить сопротивление этому. Но из-за того, что сотни тысяч людей умирают каждый год в этой смертельной игре против патогенов, возможно, единственная уверенность заключается в том, что, как и наши противники, нам нужно будет продолжать развивать наши стратегии.

Об авторе

Антонис Рокас, профессор кафедры биологических наук Корнелиус Вандербильт, профессор кафедры биологических наук и биомедицинской информатики, Университет Вандербильта

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

books_environmental