Нанотехнологии помогут бороться с вредителями, не вредя полезным насекомым

Растительноядные вредители, являющиеся настоящим бедствием для фермеров, по оценкам, ответственны за потерю до 40% мирового урожая до его сбора. Однако новое поколение средств защиты растений, нацеленных только на «вредных» насекомых, может стать большим прорывом для канадского сельскохозяйственного сектора, улучшив инструменты борьбы с вредителями в отрасли, которая в 2024 году принесла доход свыше 142 миллиардов долларов (около 11,4 триллиона рублей).

Экспериментальная установка для рентгенофлуоресцентной визуализации. (A) Образцы, установленные на установке BioXAS; (B) процесс сканирования с эталонным видео (сверху) и сбором данных (снизу). Автор: Canadian Journal of Chemistry (2025). DOI: 10.1139/cjc-2024-0246

Доктор Джастин Пахара и его команда из Исследовательского и опытно-конструкторского центра в Летбридже при министерстве сельского хозяйства и продовольствия Канады разрабатывают новые методы скрининга, чтобы выяснить, эффективны ли существующие средства защиты растений. Их конечная цель — создать метод использования нанотехнологий для доставки специфических химических веществ в организм вредителей на основе их уникальной ДНК, не причиняя вреда полезным насекомым.

Например, с помощью методов, разработанных и апробированных в Canadian Light Source (CLS) при Университете Саскачевана, исследователи обнаружили у клопов рода Lygus участки с повышенным содержанием минералов. Эти участки указывают на наличие специфических белков, которые в будущем можно будет таргетировать с помощью специально разработанных соединений, чтобы предотвратить повреждение сельскохозяйственных культур этими вредителями. Клоп Lygus — распространённый сельскохозяйственный вредитель, питающийся многими культурами, включая рапс. Инновационные методы Пахары и его команды опубликованы в Canadian Journal of Chemistry.

«Мы все нуждаемся в пище, и если фермеры не могут эффективно выращивать свою продукцию и зарабатывать на этом себе на жизнь, это проблема, — говорит Пахара. — Нам нужны новые инструменты для борьбы с вредителями. У насекомых развивается толерантность к химикатам, подобно тому, как у людей возникает устойчивость к антибиотикам».

Разработка таргетированных средств борьбы с вредителями также позволит оставить в прошлом метод «ковровых бомбардировок» насекомых вредными пестицидами.

«Подход «распылил и молился» в итоге убивает и полезных насекомых, таких как опылители, а также хищных насекомых, например, пауков, ос и жуков, которые помогают поддерживать здоровую экосистему», — говорит Пахара.

Первым шагом было изучение того, как пестициды вообще попадают в организм вредителей, как наноматериалы проникают в их тела и где эти вещества накапливаются. Эта информация поможет разработать более эффективные решения.

Пахара и его команда использовали луч BioXAS в CLS для создания рентгеновских изображений подгрызающих совок и клопов Lygus, показывающих, какие химические вещества присутствуют в насекомых и где именно.

Затем группа разработала специальное программное обеспечение для изучения изображений насекомых в виде 3D-моделей с использованием виртуальной реальности, что позволяет «заглянуть» внутрь тела насекомых еще ближе.

«Разработка новых подходов — очень сложная задача, над которой люди работают десятилетиями, но с небольшим успехом, — говорит Пахара. — В конечном счете, наша задача в министерстве сельского хозяйства и продовольствия Канады — передавать то, что мы узнали, канадской промышленности для решения ключевых технических проблем, чтобы отрасль могла взять на себя инициативу с меньшими рисками».

Теперь, когда Пахара и его коллеги знают, что их скрининговый тест работает, они расширяют свои исследования на сорняки и грибковые заболевания и смогут начать тестирование доставки наноматериалов, разработанных как министерством сельского хозяйства, так и подразделением NANO Национального исследовательского совета Канады, в организмы насекомых.

Больше информации: Armen Tchobanian et al, 3D X-ray fluorescence imaging of insect pests and analysis in a virtual reality environment, Canadian Journal of Chemistry (2025). DOI: 10.1139/cjc-2024-0246

Источник: Canadian Light Source