Выращивать экологически чистые продукты в природных условиях и без синтетических пестицидов – выглядит почти как мечта. Однако уже сейчас ученые активно работают над технологиями для развития органического земледелия.
Так, в сельском хозяйстве активно применяется биологический метод защиты растений: вместо химикатов используют бактерии, вызывающие заболевания у насекомых, но при этом безопасные для людей и домашнего скота. Чтобы отыскать самые эффективные из них, биологи при поддержке Российского научного фонда (РНФ) создали специальную программу.
О том, как работает эта технология, порталу наука.рф рассказал ведущий научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии и Санкт-Петербургского государственного университета, кандидат биологических наук, лауреат Премии Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2020 год Кирилл Антонец.
Одна клетка на миллион
По словам автора проекта, чтобы подобрать средство против конкретных видов насекомых, нужно искать из десятков тысяч, а то и миллионов вариантов бактериальных клеток. При этом важно помнить, что они могут легко приспособиться к той или иной группе вредителей. Например, микроорганизм может вызвать заболевание у одного вида бабочек, а для другого будет уже не столь эффективен.
В фокусе внимания биологов – Bacillus thuringiensis. Пестицид синтезирует так называемые CRY-токсины. При попадании в кишечник они связываются с его белками и в результате приводят к гибели насекомого. Хотя это всего лишь один вид бактерии, его представители достаточно разнообразны в способности поражать вредителей. Как же найти подходящий вариант?
Можно непосредственно каждый экземпляр проверять на наличие необходимых свойств, но это трудоемкий процесс. Другой метод, ставший перспективным благодаря развитию геномных технологий, позволяет получить информацию о геноме – всей генетической информации, закодированной в бактериальной клетке. Благодаря этим данным можно понять, подходит ли изучаемый образец для дальнейших исследований.
Специалисты разработали программу, способную находить участки генетической информации, указывающие на наличие в микробе ценных свойств. Система работает следующим образом. Берут образцы почвы, в которой находится множество разнообразных микроорганизмов. Затем проводят серию экспериментальных процедур: ученые очищают клетки, выделяют и передают ДНК в специальный прибор для секвенирования, где определяют последовательность нуклеотидов в молекулах. Полученный массив данных оцифровывают и загружают в программу.
«В изначальном виде эта информация совершенно нечитабельна и выглядит как длинный набор различных символов. Программа ее анализирует и дает расшифровку, например, в виде текстовой таблицы», – рассказывает Кирилл Антонец.
Найти микробы на… Байкале
За несколько лет программа прошла серию обновлений. Сначала, чтобы ее протестировать, ученые брали генетическую информацию из открытых баз данных. Уже тогда эксперименты привели к значимым результатам, в частности, удалось выделить несколько сотен новых вариантов последовательностей геномов.
Сейчас исследования проходят уже на реальных образцах в лабораториях Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии. По мнению специалистов, наиболее интересные можно получить из природных, необработанных человеком, территорий. Поэтому их собирают из почв самых разных регионов, в том числе окрестностей озера Байкал и гор Алтая.
«В районе Байкала, кстати, уже нашли подходящие экземпляры Bacillus thuringiensis. О разнообразии это вида на территории России известно немного, поэтому такие находки очень важны и интересны», – поделился автор проекта.
В ближайшем будущем разработчики планируют расширить функции программы. Она поможет находить бактерии, эффективные также для борьбы с патогенными грибами. Завершить обновление планируется уже в ближайшие полгода.
На пороге открытий
Как рассказывают исследователи, сегодня до конца неизвестно, с чем связана адаптация бактерий к тем или иным группам насекомых. И даже из уже изученных вариантов сложно предсказать, на кого еще распространится их действие. Зачастую это разрозненная информация, которую только предстоит систематизировать.
При этом создать универсальное средство «от всех сразу» тоже не получится. В природе есть множество живых организмов, необходимых для здорового развития сельхозкультур, в том числе пчелы. Или, например, среди бабочек есть те, что могут как поедать листья растений, так и оказаться хорошими опылителями. Все это нужно учитывать при создании биозащиты.
«Конечно, бывают ситуации, когда удается найти уже больное насекомое, и тогда можно практически на месте определить по извлеченной из него бактерии, от чего оно пострадало. Но такие случаи крайне редки. К примеру, довольно интересной и малоизученной является способность некоторых вариантов поражать саранчу», – делится ученый.
По мнению специалиста, сейчас особенно важно сфокусироваться на развитии сельского хозяйства и снижении экологического ущерба, наносимого им. Только так можно обеспечить россиян полезными продуктами питания и сохранить окружающую среду.
Анна Шиховец
