Навредить вредителю. Грибы и бактерии помогут сберечь урожай.

— Вы, наверное, знаете, что инсектициды — это препараты для борьбы с насекомыми-вредителями. Кстати, такое определение букашкам дано исключительно потому, что они повреждают ценные сельскохозяйственные культуры. Бороться с ними, или, как говорят ученые, контролировать их численность, необходимо только до такого уровня, чтобы они не наносили значимый ущерб урожаю. 

Сейчас широко распространены инсектициды химической природы. Однако они обладают неспецифическим спектром действия, то есть уничтожают не только вредителей, но и полезных насекомых, а также в целом неблагоприятно воздействуют на окружающую среду. В отличие от химических, биологические инсектициды, или биоинсектициды, создают на основе микроорганизмов, которые широко распространены в природе. Мы можем их выделить из воды, почвы, с поверхности листьев. Это могут быть грибы (плесень) или бактерии, которые в естественных условиях вызывают болезни у насекомых, поэтому их называют энтомопатогенными (энтомо — направленный на насекомых, патогенный — способный вызывать заболевание). Кроме того, заразить они могут лишь определенные виды или отряды насекомых и, как правило, безопасны для полезных насекомых, теплокровных животных и природы в целом. Поэтому они являются идеальным средством для комплексной защиты растений. 

Бактерии Bacillus thuringiensis являются самой распространенной основой для создания биоинсектицидов во всем мире. Грибы Metarhizium и Beauveria также активно используются для создания препаратов, хотя и не так популярны. Необходимо сказать о капризности микроорганизмов по сравнению с химическими препаратами: они больше подвержены воздействию солнца, дождя, температуры. Следовательно, эффективность биоинсектицидов по сравнению с химическими пестицидами в ряде случаев ниже. Кроме того, долгое время считалось, что насекомые не будут формировать устойчивость к биологическим агентам, однако время показало, что это не совсем так: устойчивость все же возникает при частом повторном применении бактериальных препаратов. 

Эффективность биопрепаратов можно повысить, используя экологически чистую продукцию трансгенных растений, которые синтезируют нужный токсин. В России пока даже не планируется введение трансгенных технологий, поэтому для прорыва в данном направлении требуются модернизация и усовершенствование биопрепаратов, созданных несколько десятилетий назад. 

Для повышения “убойной силы” биологических препаратов необходимо детальное изучение механизмов взаимодействия биоагентов с вредителями. С одной стороны, необходимо изучать механизмы действия токсинов и других метаболитов бактерий и грибов на организм насекомых-вредителей, чтобы понять, как повысить их активность. С другой — нужно исследовать систему защиты, которую используют насекомые, чтобы справиться с инфекцией и приобрести устойчивость.

Биопрепараты имеют перспективу в современных и будущих программах управления численностью насекомых-вредителей в тепличных хозяйствах и беспестицидных зонах. Это парки, заказники, курорты, водоохранные территории, сырьевые зоны детского и диетического питания, а также фермерские хозяйства, производящие экологически чистые продукты.

— Бионаноинсектициды — это, как видно из названия, биологические препараты, содержащие в своем составе наночастицы. Создание таких средств защиты — новое направление. При реализации нашего проекта будут разработаны бионаноинсектициды на основе наночастиц серебра, кремния и других элементов, содержащие токсины и метаболиты (продукты жизнедеятельности) энтомопатогенных грибов и бактерий. 

Мы будем изучать, как воздействуют наночастицы, содержащие токсины и метаболиты микроорганизмов, на жизнедеятельность самих насекомых. Предполагаем, что такие наночастицы будут снижать защитные свойства кишечника и покрова у вредителей, а также подавлять активность клеточного иммунитета. Подобные изменения могут привести к увеличению восприимчивости бактериальной и грибной инфекции и, как следствие, к значительному снижению численности вредных насекомых. В результате исследований мы надеемся создать рецепты препаратов, позволяющих эффективно увеличить проникновение патогена в насекомое через кишечник (бактерии) или кутикулу (грибы). 

В своей работе мы будем использовать различных насекомых. Например, большую вощинную огневку. Она наносит ущерб пчеловодству: ее личинки уничтожают пчелиные соты. Этот вид очень удобен для содержания в лабораторных условиях и становится популярным объектом для изучения болезней насекомых и человека. Кроме того, мы планируем проводить исследования на колорадском жуке и на капустной совке.

Реализация проекта решит целый ряд фундаментальных вопросов о механизмах воздействия токсинов микроорганизмов на иммунитет насекомых-хозяев, а также позволит значительно улучшить эффективность и стабильность применения биоинсектицидов, используемых для контроля численности наносящих урон экономике вредителей сельского хозяйства. 

— Наноматериалы интенсивно используются в медицине, фармацевтике, биотехнологиях и многих других областях. Их применение в сельском хозяйстве — достаточно новое, но быстро развивающееся направление. В ряде стран активно исследуют наноматериалы, которые помогут защитить растения от насекомых, а также повысить эффективность удобрений. Например, минимизировать потери активных веществ вследствие вымывания, фотолиза, гидролиза, деградации из-за микроорганизмов.

Сейчас существуют технологии микроинкапсулирования (покрытия защитной оболочкой) микроорганизмов и их метаболитов. Микрокапсулы позволяют улучшить сохранение биоагента в окружающей среде. Наноматериалы могут помочь в решении еще одной важной проблемы — преодолении защитных систем насекомых. Их уже начали использовать для контроля численности вредителей, в первую очередь тех, которые наносят ущерб запасам, — хрущаков и долгоносиков. Однако в большинстве работ используется смесь наночастиц с химическими инсектицидами, что не является экологически безопасным. 

Использование энтомопатогенных микроорганизмов для создания наноинсектицидов — это новое направление. Следует отметить, что применять метаболиты энтомопатогенных грибов и бактерий при создании бионаноинсектицидов мы будем впервые не только в России, но и в мире. Использование наночастиц поможет повысить эффективность воздействия предполагаемых смесей, что, конечно же, будет важным вкладом в развитие биологических методов контроля численности насекомых в России.

— Какие перспективы у нового направления?

— Перспективы нашего направления достаточно туманны, как и у всего биологического метода контроля численности насекомых. Это связано с тем, что химические инсектициды дешевы и над их созданием работают крупные концерны. Разработкой новых биологических препаратов занимаются либо небольшие группы ученых, либо маленькие биотехнологические компании. В таких условиях конкурировать с химическими препаратами достаточно сложно. Необходима поддержка на уровне законов, ограничивающая применение химических препаратов, как это сделано в европейских странах. Кроме того, запуском биопрепаратов в практику и их рекламой должны заниматься специализированные компании. 

Несмотря на это, мы настроены оптимистично. Сотрудничество специалистов-иммунологов из ИСиЭЖ СО РАН с практиками из Новосибирского государственного аграрного университета позволит максимально способствовать внедрению наших препаратов для защиты растений. Мы планируем подготовить через два года несколько эффективных бионаноинсектицидов для уничтожения колорадского жука, капустной совки, а также других листогрызущих насекомых-вредителей.