Микроорганизмы являются главным оружием борьбы с вредителями в сельском хозяйстве - благодаря специальному механизму, который они приобретают в процессе эволюции. Об изучении этого механизма и применении его в сельском хозяйстве рассказал Кирилл Антонец, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии.
Бактерии состоят из клеток. Клетки – это «капелька», окруженная мембраной: у нее есть граница и некое содержимое. У людей в организмах большое количество клеток, а бактерии – это одноклеточные полноценные организмы. Они не имеют ядра, организованы просто. Их важной особенностью являются быстрый рост и феноменальная способность адаптироваться к различным условиям.
Бактерии могут жить в почве, в человеческом организме и даже в горячих источниках. Микроорганизмы достаточно давно начали использоваться людьми в хозяйственной промышленности. Это производство кисломолочных продуктов, хлеба и так далее. Использование бактерий, которое появилось сравнительно недавно, – это биотехнологии.
Например, разрабатываются самые различные методы для борьбы с вредителями: патогенные микроорганизмы способны вызывать болезни не только у человека, но и у сельскохозяйственных вредителей. В плане возможностей использования бактерий очень важным свойством является ограниченный список живых организмов, на которых они способны воздействовать.
Во второй половине XIX века Луи Пастер выяснил, что бактерии вызывают заболевания. Тогда и начинаются работы по поиску патогенов вредителей. Оказались найдены бактерии, относящиеся к роду Salmonella, поражающие только грызунов. На этой основе позже были разработаны препараты для борьбы с грызунами. В России у данных истоков стоял Борис Исаченко, который в конце XIX века основал бактериологическую лабораторию, существующую и по сей день.
Патогенами насекомых являются бактерии другой группы – энтомопатогенные. Одни из наиболее известных видов таких микроорганизмов – Bacillus thuringiensis, с огромным количеством форм. Их отличительная черта – способность образовывать споры и кристаллы. Специфика приведенных бактерий заключается в патогенном воздействии на конкретные группы насекомых. Использование данных методов для борьбы с вредителями является достаточно экологичным, так как не присутствует обработка химикатами, нет вреда для полезных существ.
Однако есть и существенный минус этих методов – выработанный иммунитет вредителей к патогенным бактериям. Генетическая информация практически у всех живых организмов закодирована в ДНК. У бактерий она расположена комочком в центре клетки. Через ряд систем бактерии получаются функциональные молекулы, например, белки. Токсины патогенных для насекомых бактерий связываются с белками самого насекомого, и, если они совпадают, токсин попадает в кишечник и конечном итоге приводит к гибели вредителя.
Двойная спираль ДНК регулярно самовоспроизводится, но иногда возникают ошибки, являющиеся случайным процессом – мутацией. Мутации бывают как положительные, так и отрицательные. Есть насекомые, у которых постоянно происходят изменения в белках в кишечнике. И есть бактерии, для которых «важно», чтобы их токсины «узнавали» белки в кишечнике насекомых. Соответственно изменения в одном белке приводят к изменениям в другом.
Наша лаборатория как раз пытается понять, какие есть изменения в белках насекомых, которые приводят к изменениям в бактериальных токсинах для сохранения соответствия. К сожалению, у нас в стране использование этих методов защиты не так популярно, как в США или Европе, но все равно мы продолжаем разрабатывать их новые формы.
Рынок данного направления растет и, например, в Испании уже полностью отказались от использования химических методов защиты в пользу биологических. Есть, конечно, некоторые сложности, связанные с эффективностью, но это уже более технологический вопрос. Однако использование бактерий - единственная альтернатива для органического земледелия. Она не всегда экономически выгодна, но рассуждая о том, что важнее: деньги или экология, вопрос уже смещается в другую плоскость.
Из лекции "Использование бактерий для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве и биотехнологии", прошедшей в рамках акции "На острие науки"