Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых

Что же делать со столь серьезной угрозой? Основное направление современной борьбы с болезнями, переносимыми двукрылыми, – это уничтожение видов-переносчиков и их мест обитания с помощью химических инсектицидов. Такой подход дает неплохой эффект, поскольку численность врагов и уровень заболеваемости заметно сокращаются, по крайней мере на некоторое время, но у него есть недостатки. Главный из них заключается в том, что сложно уничтожить целевой организм и при этом не навредить нецелевым видам. Это стоит денег, при этом существуют логистические трудности, такие как необходимость периодически повторно использовать сетки, обработанные пестицидами, и другие материалы. Кроме того, пестициды опасны для нас самих[428]; по данным Организации Объединенных Наций, от них ежегодно умирает 200 000 человек. Наконец, существует вездесущий миф об устойчивости к инсектицидам[429].

При помощи генетических стратегий можно было бы обойти большинство этих проблем. Две наиболее известные стратегии – метод стерильных самцов[430] и получение устойчивых к возбудителям трансгенных двукрылых с использованием методов генетического анализа. Третий метод, генный драйв[431], должен значительно повысить эффективность двух других.

При использовании метода стерильных самцов (МСС)[432] предполагают выращивать легионы самцов в неволе (самок уничтожают), делая их стерильными (при этом внешне здоровыми) путем облучения куколок, а затем выпускать насекомых в дикую природу. Идея здесь заключается в том, что чем больше стерильных самцов, тем ниже доля спариваний с нормальными самцами в дикой среде, поэтому следующее поколение будет малочисленнее. Успех метода стерильных самцов зависит от высокого соотношения стерильных насекомых к диким, в идеале более 10:1. В зависимости от вида для достижения эффективности требуется выпустить миллионы или даже миллиарды стерильных самцов. Причина, по которой ученые работают с самцами, заключается в том, что самки, как правило, спариваются только один раз, в то время как самцы делают это так часто, как только смогут, что ускоряет эффект метода. Этот подход гораздо более применим к насекомым, чем к более крупным животным, поскольку их небольшие размеры и высокая плодовитость позволяют выращивать огромное количество особей в неволе за относительно короткое время.

В 2015 году ученые впервые применили новую технику редактирования генов CRISPR для модификации генома желтолихорадочного комара, Aedes aegypti. Также в 2015 году исследователи ввели измененные гены в эмбрионы A. aegypti и продемонстрировали, что с помощью метода CRISPR можно вызвать различные мутации. Учитывая, что определенные последовательности генов играют важную роль в разнообразных физиологических процессах, таких как метаморфоза, развитие эмбриона и взаимодействие хозяина и патогена[433], исследователи успешно создали популяции комаров, у которых наблюдались задержка роста, потеря функции яичников и снижение скорости вылупления яиц; представьте себе потенциал этих методов для изменения популяций диких насекомых в наших целях. Ученые определили эти гены у A. aegypti и при помощи генной инженерии создали маскулинизированных самок с почти полным набором мужских гениталий. Поскольку только самки комаров питаются кровью и впоследствии передают патогенные микроорганизмы, стратегия использования сплайсинга гена для превращения самок комаров в безвредных самцов оказалась многообещающей в качестве борьбы с переносчиками.

Ученые нашли и другой способ помешать размножению комаров; он связан с широко распространенными, в основном паразитическими бактериями, называемыми «вольбахии». Эти бактерии неравнодушны к насекомым. Согласно подсчетам, почти у 70 % всех видов насекомых в организме живут вольбахии.

Впервые вольбахии были обнаружены в 1924 году, однако исследования этой бактерии не велись активно до 1971 года, когда выяснили, что яйца комаров Culex погибают, когда сперма инфицированных вольбахиями самцов оплодотворяет незараженные яйцеклетки. Несмотря на то что бактерии живут в зрелых яйцеклетках, они практически отсутствуют в зрелых сперматозоидах. Таким образом, только инфицированные самки передают инфекцию своему потомству, а самцы – это тупик, поэтому чем больше соотношение полов смещено в сторону самок, тем выше присутствие вольбахий. Бактерии вольбахии – искусные манипуляторы, и у них есть несколько способов выбирать самок. Один из них заключается в том, чтобы просто убить мужские эмбрионы, другой – заставить женские эмбрионы поглотить мужские эмбрионы, а третий – обеспечить, чтобы только инфицированные самки могли успешно спариваться с инфицированными самцами. Это снижает репродуктивный успех неинфицированных самок, тем самым способствуя распространению бактерий[434].