Группа учёных факультета энтомологии Университета штата Мичиган, Хэнаньского сельскохозяйственного университета и канадского Университета Макмастера выяснили, как сделать инсектициды, которые будут эффективно уничтожать вредителей и при этом безопасны для полезных насекомых. Недавнее исследование показало, что с помощью молекулярных модификаций можно добиться ощутимых результатов.
Пиретроиды воздействует на потенциал‑зависимые натриевые каналы — белки в нервных и мышечных клетках, служащие для быстрого распространения электрических сигналов. Пиретроиды связываются с потенциал‑зависимыми воротами натриевых каналов и фиксируют их открытое состояние. Это приводит к перевозбуждению нервной системы и гибели насекомого. Стоит заметить, что на человека (как и на других млекопитающих) пестициды этого типа не воздействуют таким же образом.
«Впервые мы показали, что некоторые уникальные элементы натриевых каналов пчёл препятствуют их связыванию с тау‑флувалинатом (пиретроидным инсектицидом), — заявила один из авторов исследования Ке Донг. — Это даёт возможность спроектировать новые вещества, которые воздействуют только на каналы вредителей, не затрагивая пчёл».
Натриевые каналы — это большие трансмембранные белки из более чем 2000 остатков аминокислот. Лаборатория Донг потратила годы, чтобы приблизится к цели.
Учёные начали с изучения натриевых каналов других насекомых, таких как комары, плодовые мушки, тараканы, клещи и микроскопические клещи, чтобы понять, с какими именно участками каналов связываются пиретроиды, чтобы так эффективно убивать насекомых.
В недавнем исследовании команда сосредоточилась на вопросе, почему шмели и медоносные пчёлы, столь чувствительные к большинству пиретроидов, устойчивы к тау‑флувалинату. Сегодня тау‑флувалинат широко используется для борьбы с сельскохозяйственными насекомыми‑вредителями, а также с клещём Варроа, который является одной из самых больших угроз для пчёл во всём мире.
В конечном итоге команда обнаружила, что канал устойчив к тау‑флувалинату, но чувствителен к другим пиретроидам. Дальнейшие анализ мутаций и компьютерное моделирование раскрыли, что за столь избирательное действие токсинов отвечают определённые остатки аминокислот в натриевых каналах шмелей.
В следующем исследовании планируется изучить свойства связывающих участков каналов у различных вредителей и полезных насекомых. Результаты могут стать основой для разработки новых пестицидов с селективным действием. Также это поможет понять, как вредители со временем вырабатывают устойчивость к инсектицидам, и как полезные насекомые в естественных условиях реагируют на них.