Насекомые-филлофаги являются обязательным элементом лесных экосистем и питаются листьями или хвоей. Нередко производимая деревьями фитомасса превосходит объемы, необходимые для нормальной жизнедеятельности, и в этом случае изъятие излишков даже полезно для дерева. Однако если количество насекомых сильно повышается, флора от этого может серьезно пострадать.
Не все виды филлофагов способны резко увеличить свою численность, но это случается за счет ряда их свойств: высокой плодовитости, изменчивости организма, кучной откладки яиц. Однако в некоторых популяциях распространены болезни, вызываемые энтомопатогенными вирусами — они используются людьми в качестве регуляторов численности насекомых. Сейчас наиболее полно изучено семейство безвредных для человека бакуловирусов (Baculoviridae) — на их основе уже разработаны препараты для биологического контроля массовых видов филлофагов. Эти микроорганизмы способны вызывать среди насекомых эпизоотии — широкое распространение болезни на большой территории. Также Baculoviridae в течение длительного времени сохраняются в окружающей среде и в латентном виде в организме хозяев. Еще одно их достоинство заключается в узком воздействии — то есть бакуловирусы способны поражать один или несколько видов, не навредив другим представителям экосистемы.
— Минусом препаратов на основе Baculoviridae является довольно длительный временной промежуток от момента применения до гибели насекомых, — пояснил на XV съезде Русского энтомологического общества ведущий сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН доктор биологических наук Александр Васильевич Ильиных. — Он может составлять от 4—6 до 14—17 дней: то есть за этот период филлофаги успеют нанести ощутимый ущерб растениям.
Уникальность Baculoviridae в том, что они обладают специальными белковыми «оболочками» — матриксами, защищающими вирус от неблагоприятных условий среды. Однако у него была своя ахиллесова пята: длительный инкубационный период, который ученые преодолели с помощью разработки рекомбинантных штаммов. Для этого в геном бакуловирусов встроили гены инсектицидных токсинов — яда скорпионов и пауков. Такое нововведение во многих случаях значительно сокращало «период ожидания» бакуловирусов, сохраняя относительно высокую биологическую эффективность и поражая исключительно вредоносных насекомых.
— Кроме того, было установлено, что вирусная инфекция может влиять на гормональный баланс инфицированных особей, — добавил Александр Ильиных. — Так, ряд бакуловирусов имеет egt-ген, инактивирующий гормон линьки насекомых. Инфицирование гусениц непарного шелкопряда вирусами, содержащими этот ген, приводило к нарушению процессов линьки и аномальному росту насекомых, что выражалось в продлении их возраста. Это, в свою очередь увеличивает вероятность поражения насекомых естественными врагами — энтомофагами. Так, паразитические мухи (тахины и саркофагиды) откладывают яйца на гусениц непарного шелкопряда, а вышедшие из яиц личинки мух «пожирают» гусениц и куколок. Соответственно, чем больше период развития гусениц, тем больше вероятность поражения энтомофагами.
Одним из способов преодоления вирусной инфекции может быть апоптотический (приводящий к уничтожению инфицированных клеток насекомого) ответ зараженного организма. Если встроить в некоторые Baculoviridae гены-ингибиторы и ген-супрессор, способные противостоять апоптозу, филлофаги не смогут защититься от заболевания.
Барьерную функцию для защиты насекомых от проникновения патогенов (в том числе вирусов) из кишечника в клетки эпителия выполняет перитрофическая мембрана. Однако определенные бакуловирусы справляются и с этой проблемой, потому что содержат так называемые энхансины — группу белков, способных разрушать белковый матрикс мембраны, давая тем самым возможность проникать в клетки филлофагов.
— Зачастую бакуловирусы могут длительное время сохраняться в организме насекомого-хозяина в латентном состоянии, — рассказал ученый. — Тогда используется метод ПЦР (полимеразная цепная реакция): он позволяет диагностировать вирус в минимальных количествах (на уровне единичных копий генов). Для идентификации причины смертности филлофагов применяется рестрикционный анализ вирусной ДНК, чтобы понять — это произошло из-за вируса, который был внесен в популяцию, или в результате активации скрытого вируса.
Исследование распространения вирусоносительства у непарного шелкопряда с помощью ПЦР выявило, что показатели насекомых из новосибирской, свердловской и хабаровской популяций варьировались в очень широком спектре — от 23 % до 91%. При этом уровень носительства Baculoviridae у филлофагов был значительно выше, чем смертность — то есть их наличие не означает неизбежной гибели хозяев. Вероятно, вирусная ДНК способна полностью или частично утратить инфекционность, при этом выявляясь в образцах. Кроме того, развитие бакуловирусов может подавляться механизмами резистентности насекомых к инфекции, поэтому актуальным для ученых остается вопрос: в течение скольких генераций вирус сохраняет способность к заражению?
Помимо прочего, ПЦР может применяться и как диагностика массового размножения у насекомых-филлофагов. Для некоторых видов было установлено, что чувствительность личинок к патогенам различной — не только вирусной — природы значительно зависит от фазы вспышки размножения. Так, биологическая активность вирусов, выделенных в различные фазы вспышки, может значительно изменяться. Это позволяет оптимизировать отбор для создания поражающих препаратов на основе Baculoviridae.
Алёна Литвиненко
Фото предоставлены Александром Ильиных
