Научный взгляд: сенсорная технология поможет найти «враждебные» пчелам вещества и разработать безопасные для них средства защиты растений

Растущий мировой спрос на продукты питания растительного происхождения делает необходимым использование пестицидов для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей и обеспечения урожайности. Однако широкое использование агрохимикатов привело к значительному сокращению популяции насекомых, в том числе важных опылителей. Особую тревогу вызывает уменьшение численности диких пчел, которые вносят значительный вклад в опыление и необходимы для сохранения урожайности сельскохозяйственных культур.

Ученые из Института электронных микросистем и твердотельных технологий Фраунгофера работают над созданием новых типов датчиков, которые должны помочь выявить «враждебные» пчелам вещества на ранних стадиях разработки новых средств защиты растений.

Основная концепция нового подхода основана на использовании клеток насекомых в качестве сенсоров. Эти клетки обладают метаболизмом, характерным для соответствующих насекомых, и могут сигнализировать о любом вредном воздействии при контакте с биологически активными веществами. Клетки переносятся в лабораторную посуду, оснащенную на дне микроэлектродами. В этих многоэлектродных массивах в режиме реального времени определяется сопротивление клеток переменному току и сообщается о вредном воздействии на клетки.

Этот метод может дополнить традиционные биоаналитические тесты, которые используются для определения токсичной концентрации выделенного активного вещества. Однако пестициды обычно содержат множество добавок, которые часто вызывают непреднамеренные токсические эффекты. С помощью датчиков на клетках насекомых действие всей смеси проверяется в одном эксперименте. Это позволяет быстро выявить биологические эффекты новых препаратов.

Клетки культивируются в лаборатории, замораживаются непосредственно в лунках многоэлектродных решеток и хранятся при низких температурах. По мере необходимости клетки можно размораживать и готовить к тестированию в течение нескольких минут, даже непосредственно в полевых условиях, независимо от лаборатории клеточной культуры. Это позволяет экономить время и средства на подготовку больших партий сенсорных клеток задолго до проведения тестирования.

На данный момент с помощью этой сенсорной технологии были протестированы пять различных пестицидов на предмет их острой клеточной токсичности. Результаты исследования показали, что некоторые пестициды, продаваемые для домашнего использования, токсичны в концентрациях, которые намного ниже рекомендуемых для применения.

С середины прошлого столетия во всем мире отмечается резкое снижение численности естественных опылителей. Сохранившееся количество опылителей не может полностью удовлетворить потребности сельского хозяйства. В связи с этим изучение и разведение насекомых-опылителей, в частности шмелей становится важным направлением исследований. В биологической лаборатории Ивановского филиала Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») выращивают шмелиные семьи по оригинальной отечественной технологии круглогодичного массового культивирования. Использование шмелиных семей позволяет значительно увеличить рентабельность садоводческих и тепличных хозяйств.

Источник: Sandra Friedrich et al, Development of a label‐free, impedance‐based biosensor to identify harmful effects of pesticides on insect cells, Applied Research (2024). DOI: 10.1002/appl.202400032