Пиретроидные пестициды эффективны. Иногда слишком эффективно.
Исследователи из отдела энтомологии Мичиганского государственного университета открыли ключ к поддержанию эффективности инсектицида в уничтожении вредителей без уничтожения полезных насекомых, таких как пчелы. Исследование, представленное в текущем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что изменения на молекулярном уровне могут иметь значение.
Пиретроиды воздействуют на потенциалозависимые натриевые каналы, белок, обнаруженный в нервных и мышечных клетках и используемый для быстрой передачи электрических сигналов. Пиретроиды в основном работают, связываясь с потенциальным затвором натриевого канала и предотвращая его закрытие. Нервная система чрезмерно возбуждается, и насекомое погибает. Однако эти пестициды не оказывают такого же воздействия на людей или других млекопитающих, если уж на то пошло.
Ке Донг, токсиколог и нейробиолог МГУ, специализирующийся на насекомых, и соавтор статьи, сосредоточился на одном белке, который может дать шмелям такую же устойчивость, как и у людей, - тау-флувалинат, пиретроидный инсектицид. Дун работал с Шаоин Ву, ведущим автором из Хэнаньского сельскохозяйственного университета (Китай), который проводил исследования в лаборатории Донга в качестве приглашенного ученого.
«Впервые мы показываем, что уникальные структурные особенности натриевых каналов пчел препятствуют связыванию тау-флувалината с натриевыми каналами шмелей», - сказал Донг. «Это открывает возможность разработки новых химикатов, которые воздействуют на натриевые каналы вредителей, но щадят пчел».
Натриевые каналы представляют собой крупные трансмембранные белки, содержащие более 2000 аминокислотных остатков. Лаборатория Донга потратила много лет на разработку этого новаторского изобретения. Первоначально ученые начали с натриевых каналов других насекомых, таких как комары, плодовые мушки, тараканы, клещи и клещи, чтобы найти, где пиретроиды связываются с натриевыми каналами насекомых, чтобы эффективно их убить. Им помогла природа.
«Исследуя диких комаров, которые стали устойчивыми к пиретроидам, мы смогли помочь сузить потенциальные участки, на которых следует сосредоточиться», - сказал Донг.
В частности, в предыдущем исследовании Донг и его команда выявили мутации, которые сделали каналы более устойчивыми к пиретроидам. Работая с Борисом Жоровым, экспертом по компьютерному моделированию из Университета Макмастера в Канаде, они определили два различных сайта связывания пиретроидов на натриевых каналах насекомых. Они также обнаружили молекулярные различия между различными реакциями млекопитающих и насекомых на пиретроиды.
В текущем исследовании команда сосредоточилась на давней загадке, что шмели и медоносные пчелы очень чувствительны к большинству пиретроидов, но они устойчивы к тау-флувалинату. В настоящее время тау-флувалинат широко используется для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, а также клещами варроа, которые представляют собой одну из самых больших угроз для пчел во всем мире.
В конце концов команда обнаружила, что канал устойчив к тау-флувалинату, но чувствителен к другим пиретроидам. Дальнейший мутационный анализ и компьютерное моделирование показали, что определенные аминокислотные остатки в натриевых каналах шмелей ответственны за селективную токсичность.
В будущих исследованиях будут изучены натриевые каналы от различных вредителей и полезных насекомых, чтобы изучить особенности участков связывания пиретроидов, которые могут заложить основу для разработки новых селективных пестицидов. Это также прольет свет на то, как вредители со временем вырабатывают устойчивость к инсектицидам и как полезные насекомые реагируют на них в полевых условиях.