Исследователи применили для борьбы с малярией гриб Metarhizium, некоторые штаммы которого могут поражать малярийных комаров. Чтобы усилить вирулентность гриба, его геном модифицировали, встроив ген насекомоспецифичного токсина. Опубликованные в журнале Science результаты исследования говорят о том, что этот метод даже при небольших концентрациях спор гриба эффективен в условиях, максимально приближенных к настоящим.

Сегодня основное средство для борьбы с малярией — это инсектициды, действующие на комаров. К сожалению, в последнее время комары начинают приобретать устойчивость к этим веществам, так что поиск альтернативных или дополнительных способов снизить заболеваемость довольно актуален. В частности, внимание исследователей привлек гриб Metarhizium, некоторые штаммы которого могут поражать комаров. Его споры уже пробовали распылять внутри хижин в очагах малярии в Танзании. Это действительно снижает количество укусов инфицированными комарами, однако использовавшийся штамм все же недостаточно агрессивен для достижения цели.

так выглядят насекомые, пораженные грибом из рода Metarhizium
так выглядят насекомые, пораженные грибом из рода Metarhizium

В прошлом году объединенная группа ученых из США и Буркина Фасо решила улучшить гриб, добавив в его геном ген нейротоксина Hybrid, опасного для насекомых. Они провели лабораторные исследования, в которых был продемонстрирован высокий потенциал модифицированного гриба. Тем не менее, успешные в условиях лаборатории средства нередко оказываются бессильны в реальных условиях, поэтому в новой работе исследователи постарались максимально приблизить условия испытаний к настоящим.

Брайан Ловет (Brian Lovett) из Университета Мериленда и его коллеги выбрали место рядом с эндемичной по малярии деревней в Буркина Фасо и установили там камеры, отделенные друг от друга и от внешней среды москитной сеткой. Внутри четырех из них поставили аналоги хижин местных жителей, источник сахара для взрослых москитов и места для размножения, в качестве которых выступали пластиковые поддоны, прикрытые слоем земли, которые позволяли накапливать влагу. После этого исследователи собрали личинки устойчивых к обычным инсектицидам малярийных комаров, подрастили их и запустили в экспериментальные хижины, для начала по 100 самок в каждую. Внутри хижин, кроме всего прочего, были телята (в качестве источника крови для комаров) и черные полотна ткани, на которые наносилось масло со спорами ГМ-гриба с встроенным геном токсина (Mp-Hybrid) или контрольного гриба со встроенным безвредным для насекомых RFP (Mp-RFP), либо пустое масло. Начинался эксперимент в сумерках, а утром всех комаров ловили обратно и проверяли на наличие грибной инфекции. В сумме исследователи сделали семь реплик эксперимента, в ходе которых поймали обратно 2402 комара. Лучшим местом поимки оказались черные полотна (43,5 процента комаров), на которых комары отдыхали после еды, а вторым по популярности местом стал потолок хижин (27,3 процента). Эти результаты не зависели от того, чем полотна были пропитаны, так что авторы пришли к выводу, что гриб не отпугивает отдыхающих комаров.

После проверки на заражение оказалось, что 79 и 72 процента комаров из хижин с полотнами со спорами оказались заражены Mp-Hybrid и Mp-RFP соответственно; в результате насекомые погибли. Контрольная популяция комаров из хижин без спор грибов уменьшилась незначительно.

выживаемость комаров после нахождения в контрольных хижинах без спор грибов (синий), со спорами контрольных грибов (красный) и со спорами грибов экспрессирующих токсин (зеленый))
выживаемость комаров после нахождения в контрольных хижинах без спор грибов (синий), со спорами контрольных грибов (красный) и со спорами грибов экспрессирующих токсин (зеленый))

В следующей серии экспериментов исследователи посмотрели на то, как присутствие гриба повлияет на популяцию комаров, заселенных в камеры. Для этого они выпустили в каждую камеру по 1000 самцов и 500 самок комаров, а затем мониторили 45 дней количество взрослых особей, яиц, личинок и куколок, периодически запуская в хижину телят. Это время охватывает жизнь примерно двух поколений комаров и исследователи показали, что, в отличие от контрольных опытов в камерах с Mp-Hybrid, популяция комаров довольно быстро коллапсировала.

Три реплики эксперимента по динамике численности комаров (сверху вниз), где разного цвета линиями показана численность взрослых особей в каждом варианте эксперимента (синим - без гриба, красным - с контрольным ГМ-грибом с RFP, зеленым - с ГМ-грибом с токсином)
Три реплики эксперимента по динамике численности комаров (сверху вниз), где разного цвета линиями показана численность взрослых особей в каждом варианте эксперимента (синим - без гриба, красным - с контрольным ГМ-грибом с RFP, зеленым - с ГМ-грибом с токсином)

Таким образом авторы показали, что вставка в гриб гена соответствующего токсина сильно повышает его природную вирулентность и продемонстрировали эффективность такого метода в условиях, максимально приближенных к реальным.