Новый штамм патогена бабочек станет основой высокоэффективного пестицида

Группа биологов из нескольких российских научных организаций обнаружила в гусеницах сибирского шелкопряда уникальный высокоактивный штамм циповируса, который поражает бабочек. Этот патоген, в отличие от своих ближайших родственников, не столь избирателен в выборе хозяина, а потому на его основе можно создать эффективный инсектицидный препарат против сразу нескольких вредителей сельского и лесного хозяйства. Результаты многолетней работы, поддержанной грантами Российского научного фонда (РНФ) и другими источниками, опубликованы в журнале Microbiology Spectrum.

Использование химических пестицидов не слишком экологично, а к тому же опасно не только для вредителей, но и для животных и человека. Альтернативный подход — привлекать к борьбе естественных врагов и патогены, например возбудителей заболеваний насекомых. Обычно это бактерии, выделяющие особые токсины, но препараты на их основе приходится вносить постоянно, а еще вредители могут к ним приспособиться. Этих недостатков практически нет у вирусов, которые легко передаются от насекомого к насекомому и быстро размножаются. Но и такой подход не совершенен: вирусы, как правило, очень специфичны, то есть поражают лишь определенный вид вредителей.

Сотрудники Института систематики и экологии животных (Новосибирск), Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» (Кольцово), Центра лесной пирологии ВНИИЛМ (Красноярск), Всероссийского института защиты растений (Санкт-Петербург), Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск) и Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета (Иркутск) изучали мертвых личинок сибирского шелкопряда — опасного вредителя, поражающего наиболее важные виды хвойных деревьев в тайге. Чтобы выяснить, от чего же погибли насекомые, ученые рассмотрели образцы их тканей при помощи трансмиссионного электронного микроскопа. Так авторы обнаружили многогранные частицы РНК-вируса из рода Cypovirus, чьи представители вызывают кишечную инфекцию, заканчивающуюся гибелью насекомого от голода — питательные вещества просто перестают всасываться.

Примечательно, что обнаруженный патоген оказался достаточно «агрессивным»: всего 25 вирусных частиц убивали вредителя с 50% вероятностью в течение двух недель. Авторы предположили, что вирус принадлежит к новому штамму, что и подтвердилось при анализе его генома. Тогда же и открылось возможное объяснение столь высокой патогенности — мутация в гене А-спайкового белка, который формирует на поверхности белковой оболочки вируса шипы, способствующие его проникновению в клетку. Затем ученые решили проверить, сохранит ли вирус свою активность при заражении новых личинок шелкопряда, а также представителей других семейств бабочек-вредителей. Результат получился тем же, а потому исследователи попробовали улучшить препарат патогена, добавив к нему «усилитель» — оптический отбеливатель. Так удалось снизить летальную дозу более чем в десять раз и увеличить скорость гибели личинок практически вдвое — это происходит за счет увеличения проницаемости кишечника для вирусных частиц. В результате можно будет использовать меньше инсектицида с прежней эффективностью, а поскольку цикл развития циповирусов очень прост, удастся производить большие количества препарата достаточно недорого.

«Теперь мы сосредоточимся на оценке рисков того, как новый штамм может повлиять на другие группы насекомых или, например, на уникальные природные сообщества. В будущем этот препарат, возможно, будет использоваться в заповедных зонах вокруг озера Байкал, где водятся высокочувствительные виды-эндемики, которые больше нигде не встретить», — комментирует соавтор работы Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ.

«Еще две важные задачи в планах нашей коллаборации — отработать подходы к промышленному производству вирусного препарата, и адаптировать его как предупредительную меру: если уничтожить вредителя, пока его мало, потом можно значительно сэкономить на защитных мероприятиях в целом. Другими словами, мы пытаемся разработать экономически и экологически эффективную стратегию контроля численность чешуекрылых “под ключ”», — рассказывает руководитель проектов, поддержанных РНФ, Вячеслав Мартемьянов, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН.