Исследователи из отдела энтомологии Университета штата Мичиган открыли ключ, позволяющий поддерживать эффективность инсектицида в уничтожении вредителей, не убивая полезных насекомых, таких как пчелы. Исследование, представленное в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что молекулярные изменения могут иметь значение.Пиретроиды нацелены на потенциал-управляемые натриевые каналы, белок, обнаруженный в нервных и мышечных клетках, используемый для быстрой передачи электрических сигналов.
Пиретроиды в основном работают, связываясь с затвором напряжения 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 в этом отношении.Ке Донг, токсиколог по насекомым и нейробиолог из МГУ, соавтор статьи, отточил работу над единственным белком, который может обеспечить шмелям такую ??же устойчивость, как и у людей, — тау-флувалинат, инсектицид-пиретроид.
Донг работал с Шаоин Ву, ведущим автором из Хэнаньского сельскохозяйственного университета (Китай), который проводил исследования в лаборатории Дуна 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 для разработки новых химикатов, которые нацелены на натриевые каналы вредителей, но уберегут пчел».Натриевые каналы — это большие трансмембранные белки, состоящие из более чем 2000 аминокислотных остатков. Лаборатория Дуна потратила много лет на раскрытие этого революционного достижения.
Первоначально ученые начали с натриевых каналов других насекомых, таких как комары, дрозофилы, тараканы, клещи и клещи, чтобы найти, где пиретроиды связываются с натриевыми каналами насекомых, чтобы эффективно их убить. Им немного помогла природа.
«Изучая диких комаров, которые стали устойчивыми к пиретроидам, мы смогли помочь сузить круг потенциальных участков, на которых можно сосредоточиться», — сказал Донг.В частности, в предыдущем исследовании Донг и его команда определили мутации, которые сделали каналы более устойчивыми к пиретроидам.
Работая с Борисом Жоровым, специалистом 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, заключающейся в том, что шмели и медоносные пчелы очень чувствительны к большинству пиретроидов, но устойчивы к тау-флувалинату. В настоящее время тау-флувалинат широко используется для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, а также с 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 специфические аминокислотные остатки в натриевых каналах шмелей ответственны за избирательную 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 и селективных пестицидов. Это также прольет свет на то, как вредители со временем развивают устойчивость к инсектицидам и как полезные насекомые реагируют на них в полевых условиях.