Бактерии Bacillus thuringiensis применяются как основа биопрепаратов для защиты растений от насекомых-вредителей. Ученые из Новосибирского государственного аграрного университета совместно с коллегами из Новосибирского государственного технического университета, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Университета Суонси выяснили, что стратегия жизненного цикла бактерий после смерти хозяина может различаться. Она зависит от того, был ли вредитель восприимчив к ним или уже успел сформировать устойчивость. Основываясь на полученных данных, можно разработать подходы для преодоления сопротивляемости к бактериям у насекомых. Об открытии рассказала пресс-служба Российского научного фонда.
Выбор стратегии жизненного цикла бактерий Bacillus thuringiensis
при развитии в чувствительном или устойчивом хозяине
© Элина Соколова
Почвенная бактерия Bacillus thuringiensis способна заражать насекомых — вредителей сельского хозяйства, размножаясь в них и разрушая их пищеварительную систему токсинами. Поэтому этих бактерий можно использовать для контроля численности насекомых, то есть в качестве биопестицидов. Также при помощи гена эндотоксина этих бактерий создаются генетически модифицированные растения, устойчивые к вредителям. Жизненный цикл Bacillus thuringiensis не заканчивается вместе с гибелью хозяина. После нее наступает некротрофная стадия, во время которой бактерии используют погибших насекомых как среду для размножения. Когда питательные вещества заканчиваются, наступает фаза спорообразования — бактерии формируют спору и кристаллический эндотоксин. Механизмы, благодаря которым насекомые могут сопротивляться бактериям Bacillus thuringiensis, очень разнообразны. Специалисты активно изучают и анализируют их, чтобы преодолеть формирование популяций вредителей, устойчивых к бактериям.
Ученые исследовали развитие инфекции, вызванной B. thuringiensis subsp. galleriae (смесь спор B. thuringiensis и кристаллического эндотоксина, вырабатываемого бактерией во время спорообразования) на двух популяциях личинок вощинной огневки Galleria mellonella. Гусеницы этих насекомых поедают воск, мед и повреждают соты, нанося этим ущерб пчеловодству. Вощинную огневку, как и муху дрозофилу, широко используют по всему миру как объект лабораторных исследований. Механизмы сопротивляемости этих насекомых были изучены ранее, а в нынешнем исследовании ученые выясняли, какую стратегию выберут бактерии, которые преодолели защитные барьеры устойчивых насекомых и привели к гибели хозяина.
Исследователи заражали восприимчивых и устойчивых насекомых бактериями B. thuringiensis subsp. galleriae, скармливая их каждой гусенице при помощи тупоконечной иглы и микроиньектора. Затем исследователи сравнивали иммунный ответ. В течение 48 часов большая часть особей, устойчивых к B. thuringiensis, очистила кишечник от бактерий, в том числе при помощи антибактериального пептида гловерина. Это подтвердило предположение, что уровень таких пептидов повышается у насекомых в ответ на воздействие B. thuringiensis. Однако оказалось, что часть бактерий способна пережить усиленную иммунную защиту насекомых и привести к гибели хозяина. Такие субпопуляции продолжают развиваться и размножаться внутри трупа, конкурируя с микробиомом его средней кишки за питательные вещества. Они быстрее переходят к образованию спор и кристаллического токсина, сохраняя такую стратегию в последующих поколениях. С одной стороны, это необходимо, чтобы избежать длительного воздействия агрессивной защитной среды устойчивого хозяина, а с другой — чтобы сохраниться и образовать токсины, которые будут использоваться для дальнейшего заражения других насекомых.
«Мы хотим создать более эффективные инсектициды и предотвратить формирование сопротивляемости у насекомых к биопрепаратам. Для этого мы сейчас отбираем бактерии, способные вызвать гибель устойчивого хозяина, выясняем, какие токсины и ферменты продуцируют бактерии, чтобы быстрее побеждать резистентных насекомых. Полученные данные позволят нам разработать инновационные подходы контроля численности сельскохозяйственных вредителей», — рассказывает руководитель проекта Екатерина Гризанова, ведущий научный сотрудник Новосибирского государственного аграрного университета.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Microbial Pathogenesis.
Источник: polit.ru
