Все новости

«Важно изучить механизмы защиты от вируса, которые используют сами растения». «Чердак» побеседовал с Вячеславом Мартемьяновым о создании вирусного препарата, способного регулировать плотность популяции непарного шелкопряда

Непарный шелкопряд перед атакой
© Фото предоставлено В.Мартемьяновым
Почти тысячу гектаров реликтовой лиственницы острова Ольхон на Байкале летом 2018 г. уничтожил лесной вредитель непарный шелкопряд (Lymantria dispar). Специалисты говорят, что еще в прошлом году популяция этого насекомого была в три раза меньше. На будущий год ситуация может стать критической, ведь один непарный шелкопряд откладывает до 500 яиц. Лиственница далеко не единственная пища непарного шелкопряда. В его рационе более 500 видов деревьев, растущих на территории Азии, Европы, Японии, Северной Америки и Северной Африки. Это насекомое считается одним из самых известных лесных вредителей во всем мире, его аппетиты наносят ощутимый экономический ущерб многим странам. Старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН Вячеслав Мартемьянов рассказал, как можно победить шелкопряда.

[Ch.]: Традиционный способ борьбы с непарным шелкопрядом – увидел, пришел/прилетел/приехал и обработал. Что не так с этой схемой?

[ВМ]: К сожалению, если увидеть съеденные сотни тысяч гектаров леса можно всегда, то добраться до этих очагов порой нет возможности. Например, в Республике Алтай вспышки численности непарного шелкопряда происходят постоянно, но даже при наличии современных инсектицидов бороться с этой проблемой специалисты зачастую не могут: территории труднодоступны как для наземного транспорта и самолетов, так и для пеших «прогулок». Вот и остается просто смотреть, как погибает лес.


В нашем институте создан и успешно опробован ряд биопрепаратов против гусениц непарного шелкопряда, шелкопряда-монашенки, личинок рыжего соснового пилильщика и др. на основе бакуловирусов, однако они, как и многие биоинсектициды, не лишены недостатков и нуждаются в усовершенствовании и модификации технологии применения.
 

Вячеслав Мартемьянов (крайний слева) – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН
Описание
Вячеслав Мартемьянов (крайний слева) – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН

Задача текущего вирусологического проекта лаборатории экологической паразитологии ИСиЭЖ СО РАН, поддержанного Российским научным фондом, – создать вирусный препарат (препарат на основе вируса, поражающего насекомое в природе), обработка которым не приведет к массовому и мгновенному уничтожению непарного шелкопряда, но позволит вирусу закрепиться в популяции вредителя и инфицировать будущее потомство, тем самым регулируя количество особей.

Горный Алтай. Слева массив леса, объеденный непарным шелкопрядом (хорошо видно по цвету)
Описание
Горный Алтай. Слева массив леса, объеденный непарным шелкопрядом (хорошо видно по цвету)

[Ch.]: Какой вирус станет основой для будущего препарата против непарного шелкопряда и как он будет действовать? Что за суперспособность позволит ему регулировать популяцию вредителя?

[ВМ]: Мы работаем с естественным энтомопатогеном (заболеванием, которому подвержено насекомое) непарного шелкопряда – вирусом ядерного полиэдроза. В мире существуют препараты на основе этого вируса, но в них используется только одна его жизненная стратегия – открытая. Она приводит к быстрой гибели большей части популяции непарного шелкопряда, т.е. вирус убивает жертву «в открытую». Такие препараты подходят для массовой обработки – распыляются на тысячи гектаров леса и в течение непродолжительного времени уничтожают насекомое.

Нас же интересует второй тип жизненной стратегии вируса (не самый популярный среди исследователей) – скрытый. В этом случае в оптимальных условиях вирус не приводит к гибели хозяина, однако, никак не проявляясь, сохраняется в организме хозяина и передается его потомству. В острую же форму переходит только при воздействии на хозяина стресс-факторов, например голодания, или воздействия погодных факторов. Мы считаем, что эта стратегия будет более эффективна, т.к. позволит распространить вирус в популяции за счет естественной миграции насекомых, т.е. “насытить” популяцию скрытым вирусом и сделать ее более уязвимой для действия факторов среды. При этом не будет необходимости массового распыления – достаточно микроочагового внесения препарата.

Вирус ядерного полиэдроза. Электронно-просвечивающая фотография. На срезе видны белковые включения (большие полиэдрические образования) и вирионы вируса (более мелкие палочковидные образования), которые заключаются внутрь белка при созревании вируса
Описание
Вирус ядерного полиэдроза. Электронно-просвечивающая фотография. На срезе видны белковые включения (большие полиэдрические образования) и вирионы вируса (более мелкие палочковидные образования), которые заключаются внутрь белка при созревании вируса

Яйцекладка самки непарного шелкопряда
Описание
Яйцекладка самки непарного шелкопряда

У нас уже собрана коллекция штаммов вируса ядерного полиэдроза и популяции непарного шелкопряда с различных территорий – от Японии до Европы, а также – коллекция штаммов вируса, полученных при совместной работе с Американской лесной службой Департамента сельского хозяйства США. Так как открытая и скрытая формы инфекции определяются диаметрально противоположной эволюцией способов нападения вируса на насекомое – в случае открытой инфекции эволюция идет по пути усиления вирулентных свойств (уровня болезнетворности вируса), скрытая форма, наоборот, предполагает их снижение, – то для разработки желаемого препарата нам нужно выявить и изучить экологические и молекулярные механизмы функционирования этих жизненных стратегий энтомопатогенного вируса.

Чтобы в лабораторных условиях определить летальную для насекомого дозу вируса, штаммы вируса наносят на листья березы, высушивают и затем штампуют на «порции». Накормить ими нужно тысячи гусениц, определив летальные дозы для каждого исследуемого варианта
Описание
Чтобы в лабораторных условиях определить летальную для насекомого дозу вируса, штаммы вируса наносят на листья березы, высушивают и затем штампуют на «порции». Накормить ими нужно тысячи гусениц, определив летальные дозы для каждого исследуемого варианта

Наши ближайшие задачи – проверить, какие генотипы штамма американского вируса (высоко- или низковирулентные) будут лучше цепляться за насекомых и как хорошо будет наследоваться вирус в потомстве. Следующий этап проведут наши японские коллеги – с помощью RNA-seq-технологий (транскриптомное секвенирование) они протестируют высоко- и низковирулентные генотипы на клеточных линиях, полученных от непарного шелкопряда. 

Кроме того, в свете недавно опубликованной канадскими учеными статьи сформировалась дополнительная задача разработать метод «генетического слежения» за популяциями шелкопряда с использованием одиночных нуклеотидных замен в ядерных генах. В рамках этого сотрудничества мы планируем разработать и широко опробовать высокоинформативный метод для слежения за эволюционными событиями в популяциях непарного шелкопряда на протяжении всего ареала.

Сбор насекомых совместно с японскими коллегами
Описание
Сбор насекомых совместно с японскими коллегами

[Ch.]: Мы говорим о борьбе человека с вредителями за ресурс – лес, а сами деревья как-то борются с насекомыми за свою жизнь?

[ВМ]: Деревья отлично распознают насекомых – например, реакция на сосущих и грызущих вредителей у них совершенно разная: растения быстро включают те защитные функции, которые в данном случае наиболее эффективно сработают. Человек может использовать в своих целях знание законов, на которых строятся эти отношения. В недавнем исследовании, которое мы проводили с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) и Институтом органической химии СО РАН (Новосибирск), мы показали, как меняется восприимчивость непарного шелкопряда к вирусным и бактериальным препаратам в зависимости от условий весны, а именно – условий питания только что вылупившихся гусениц.

Зараженный вирусом ядерного полиэдроза непарный шелкопряд. Покровы насекомого представляют собой органическое вещество – хитин, который расщепляется под действием хитиназы вируса, в результате чего хитин легко повреждаются и вирус выходит наружу
Описание
Зараженный вирусом ядерного полиэдроза непарный шелкопряд. Покровы насекомого представляют собой органическое вещество – хитин, который расщепляется под действием хитиназы вируса, в результате чего хитин легко повреждаются и вирус выходит наружу

Дело в том, что начало питания гусениц непарного шелкопряда приурочено к распусканию листьев кормового растения – березы. Однако в Сибири часто наблюдаются весенние похолодания, которые приводят к фенологическому разрыву (рассинхронизации) в развитии насекомых и растения. Это происходит из-за различий в их минимальном температурном пороге развития: в период весеннего похолодания листья березы худо-бедно распускаются, а вот гусеницы непарного шелкопряда пребывают в оцепенении, и после наступления теплой погоды начинают питание с задержкой, т.е. более зрелыми листьями. Качественный состав зрелых листьев отличается от молодых – например, в них меньше белка и, как показали недавние исследования, больше токсических тритерпеноидов (сложные производные изопрена).

Сначала мы показали, что при таких фенологических изменениях существенно снижается жизнеспособность насекомых, а позже что чувствительность гусениц непарного шелкопряда к инфицированию узкоспециализированным бакуловирусом увеличивается, когда насекомые «отставали» от развития кормового растения. В тоже время чувствительность гусениц к более широкоспециализированным бактериям, наоборот, снижалась при питании более зрелыми листьями (вот публикация по этому поводу). Результатом работы стали рекомендации по выбору соответствующих биопрепаратов при обработке насекомых в зависимости от погодных условий весны: если весна холодная, то лучше обрабатывать вредителя вирусными препаратами, а если «дружная» – бактериальными. Т.е. без лишних затрат таким нехитрым способом можно увеличивать эффективность обработок.          

Этот пример еще раз доказывает, что, изучив жизненные стратегии вируса ядерного полиэдроза непарного шелкопряда и механизмы защиты, которые используют сами растения, человек может адаптировать эти знания для создания не только более эффективных, но и более деликатных препаратов для борьбы с вредителями.

 Татьяна Морозова