Ученые нашли способ, как сократить размножение вредных мух

Исследователи Калифорнийского университета Сан-Диего создали новую генетическую систему e-Drive, которая преобразует устойчивые к инсектицидам формы мутировавших генов насекомых обратно в их естественную, родную форму.

Новая система разработана для распространения исходной версии гена «дикого типа» с использованием смещенного наследования определенных генетических вариантов, а затем исчезает, оставляя только популяцию насекомых с исправленной версией гена.

Система e-Drive запрограммирована на временное действие и последующее исчезновение из популяции.

Генетическая система e-Drive предназначена для распространения с помощью технологии редактирования генов CRISPR, содержит направляющую РНК, которая связывается с ДНК белка Cas9 и делает разрез в целевом участке гена устойчивости к инсектицидам потенциалзависимом натриево-ионном канале. Затем ген заменяется на родную копию гена, восприимчивую к инсектицидам.

Согласно исследованию, когда насекомые, несущие генетическую систему e-Drive, внедряются в целевую популяцию, спариваются и передают e-Drive своему потомству. Чтобы сохранить контроль над распространением e-Drive, исследователи наложили контроль на носителей системы, ограничив их жизнеспособность или плодовитость. e-Drive была вставлена в Х-хромосому и снижала успешность спаривания самцов, что приводило к уменьшению потомства. Частота встречаемости системы в популяции в конечном итоге снижается с каждым поколением, пока она полностью не исчезнет из популяции. В лабораторных исследованиях с мухами этот процесс занял около 6 месяцев.

Исследователи отмечают, что самоликвидирующаяся природа e-Drive позволяет его повторно внедрять по мере необходимости при использовании различных типов пестицидов. Сейчас исследователи изучают аналогичную систему e-Drive в комарах, чтобы предотвратить распространение малярии.

Чаще всего для борьбы с широко распространенными вредителями, наносящими ущерб ценным продовольственным культурам, используют инсектициды. Однако со временем у насекомых возникают генетические мутации, которые делают химические инсектициды неэффективными.

Растущая устойчивость насекомых вынуждает фермеров и специалистов по борьбе с переносчиками болезней увеличивать частоту и концентрацию использования ядовитых соединений, что создает риск для здоровья людей и наносит ущерб окружающей среде, поскольку большинство инсектицидов уничтожают как экологически важных насекомых, так и вредителей.

Ранее ученые разработали технологии, позволяющие удалять гены устойчивые к инсектицидам и заменять их восприимчивыми. Эти технологии, основанные на редактировании генов CRISPR, способны защитить ценные сельскохозяйственные культуры и значительно сократить количество химических пестицидов, необходимых для уничтожения вредителей. Тем не менее существовали опасения, что, попав в популяцию, эти гены могут бесконтрольно распространяться.

В последние годы производители сельскохозяйственных культур ищут способы снижения использования химических средств защиты растений. Альтернативой инсектицидам в этом случае становится использование феромонных ловушек и агентов биологической защиты в борьбе с вредителями. Научные разработки Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») в направлении синтеза феромонов обеспечивают надежную защиту сельскохозяйственных культур в Российской Федерации в отношении ряда карантинных и некарантинных вредителей.

Источник: Ankush Auradkar et al, A self-eliminating allelic-drive reverses insecticide resistance in Drosophila leaving no transgene in the population, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54210-4