Нанотехнологии для борьбы с вредителями и защиты полезных насекомых

Растительноядные вредители, наносящие ущерб фермерам, ответственны за потерю до 40% мирового урожая до сбора. Новое поколение средств защиты растений, нацеленных только на «плохих» насекомых, может стать большим преимуществом для канадского агросектора, улучшив методы борьбы с вредителями в отрасли, которая в 2024 году принесла более $142 млрд.

Доктор Джастин Пахара и его команда в Исследовательском и опытно-конструкторском центре Летбриджа Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады (AAFC) разрабатывают новые методы скрининга, чтобы оценить эффективность существующих средств защиты растений. Их конечная цель — создать метод доставки с помощью нанотехнологий специфических химических веществ в организм вредителей на основе их уникальной ДНК, не причиняя вреда полезным насекомым.

Например, с помощью методов, разработанных и протестированных в Канадском источнике синхротронного излучения (CLS) в Университете Саскачевана, исследователи обнаружили, что у клопов Lygus есть области с повышенным содержанием минералов, указывающие на определённые белки. В будущем на эти белки можно будет воздействовать специальными агентами, чтобы предотвратить поедание насекомыми культур. Клоп Lygus — распространённый сельскохозяйственный вредитель, питающийся многими культурами, включая рапс. Инновационные методы Пахары и его команды опубликованы в Canadian Journal of Chemistry.

«Нам всем нужна еда, и если фермеры не могут эффективно выращивать свою продукцию и зарабатывать на этом, это проблема. Нам нужны новые инструменты для борьбы с вредителями. У насекомых развивается устойчивость к химикатам, подобно тому, как у людей возникает устойчивость к антибиотикам», — говорит Пахара.

Разработка целевых средств борьбы с вредителями также положит конец практике «коврового бомбометания» насекомых вредными пестицидами.

«Подход "распылил и молись" в итоге убивает и полезных насекомых, таких как опылители, и хищных насекомых, таких как пауки, осы и жуки, которые помогают поддерживать здоровую экосистему», — отмечает Пахара.

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

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

Затем группа разработала специальное программное обеспечение для изучения 3D-моделей изображений насекомых с помощью виртуальной реальности, что позволяет «присмотреться» к внутреннему строению их тел.

«Разработка новых подходов — очень сложная проблема, над которой люди работают десятилетиями, но с небольшим успехом. В конечном счёте, наша задача в Министерстве сельского хозяйства и продовольствия Канады — передать то, что мы узнали, канадской промышленности, чтобы решить ключевые технические проблемы, и тогда отрасль сможет взять на себя инициативу с меньшими рисками», — говорит Пахара.

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