Ученые устроили австралийским комарам бактериальный геноцид

Ученые смогли подавить численность желтолихорадочных комаров в двух австралийских городах. Для этого они в течение нескольких месяцев трижды в неделю выпускали здесь самцов данного вида, зараженных определенным штаммом симбиотической бактерии Wolbachia pipientis. Когда такие самцы спаривались с местными самками, несущими другой штамм вольбахии или свободными от нее, потомства из отложенных яиц не появлялось. Эффект от эксперимента сохранялся в течение следующего сезона, при этом на одном из обработанных участков комаров было на 97-99 процентов меньше, чем на контрольном. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, методика может стать эффективным инструментом для борьбы с желтолихорадочными комарами — инвазивным видом, который переносит целый ряд опасных заболеваний.

Комары переносят многие опасные заболевания, от малярии до вируса Зика. Неудивительно, что люди активно пытаются бороться с этими насекомыми. Однако традиционные подходы, такие как осушение болот и использование инсектицидов, наносят серьезный вред окружающей среде и постепенно теряют эффективность из-за того, что комары адаптируются к используемым против них химическим веществам.

Альтернативное решение — выпускать в природу комаров-самцов, которые стерилизованы или репродуктивно несовместимы с потенциальными партнершами. Спарившись с таким самцом, самка не сможет продолжить род. Впервые подобные методы были опробованы в 1970-1980 годах, однако тогда было трудно получить нужное количество самцов, которые, с одной стороны, не могут оставить потомство, а с другой стороны, находятся в достаточно хорошей форме, чтобы конкурировать с дикими сородичами. Лишь относительно недавно с помощью генной инженерии специалисты смогли поставить производство стерильных комаров на поток. Эксперименты с выпуском стерильных желтолихорадочных комаров (Aedes aegypti) на острове Большой Кайман показали, что такой подход позволяет существенно снизить численность этих кровососущих насекомых. Аналогичные подходы успешно применяются против других насекомых — вредителей или переносчиков инфекций.

Помимо генетической модификации, в распоряжении борцов с комарами есть еще один удобный инструмент — симбиотическая бактерия Wolbachia pipientis, которая живет в клетках насекомых. Некоторые ее штаммы обладают фенотипом цитоплазматической несовместимости. Если комар-самец, несущий вольбахий одного из подобных штаммов, спарится с самкой, вольбахии которой принадлежат к другому штамму (или у нее вовсе нет вольбахий), отложенные в результате яйца не смогут развиться. Выпуская таких самцов в природу, можно в теории заметно сократить численность комаров. Одно из преимуществ данного метода заключается в том, что он не вызывает у общественности беспокойства о выпуске в природу генетически модифицированных организмов.

Команда специалистов во главе с Найджелом Бибом (Nigel W. Beebe) из Квинслендского университета решила испытать данную методику на практике. В качестве мишени они выбрали желтолихорадочных комаров из инвазивных популяций, распространенных на севере австралийского штата Квинсленд. В некоторые из этих популяций недавно был искусственно внедрен штамм вольбахии wMel, который снижает риск распространения арбовирусных инфекций, таких как желтая лихорадка и лихорадка Денге (несколько лет назад мы рассказывали об успешных результатах данного эксперимента в городе Таунсвилл).

Исследователи заложили три экспериментальных участка в квинслендских городах Мурилян, Саут-Джонстон и Гунди-Бенд, а также три контрольных участка в городах Бельведер, Ваган и Саут-Иннисфейл. К началу работ большинство желтолихорадочных комаров в местных популяциях несли штамм вольбахии wMel. В лабораториях Университета Джеймса Кука в Кернсе исследователи выращивали комаров, зараженных штаммом вольбахии wAlbB2-F4, и автоматически отделяли самцов от самок. На всех этапах использовались методы, разработанные исследовательской организацией Verily Life Sciences.
С середины января по конец мая 2018 года Биб и его коллеги трижды в неделю выпускали взрослых wAlbB2-F4-самцов на экспериментальных участках — в общей сложности в дикой природе оказались три миллиона особей. Количество выпускаемых особей рассчитывали таким образом, чтобы на одного дикого самца из местной популяции приходилось пять-десять лабораторных. При этом численность взрослых комаров регулярно подсчитывали, отлавливая насекомых с помощью ловушек. 

В начале эксперимента популяции Ae. aegypti на контрольных и экспериментальных участках были примерно одинаковыми (в том числе за счет контрольных выпусков, которые прошли за пять недель до начала основных). Однако уже на четвертую неделю численность комаров на экспериментальных участках начала сокращаться. К началу апреля здесь было на 70 процентов меньше комаров, чем на контрольных участках. Затем из-за тропического циклона взрослых комаров во всей исследованной местности стало намного меньше. Тем не менее, к концу выпусков на экспериментальных участках комаров все равно было на 80 процентов меньше, чем на контрольных. Анализ собранных данных подтвердил, что использование wAlbB2-F4-самцов успешно сокращает численность желтолихорадочных комаров.

Как и ожидалось, сокращение комариных популяций произошло за счет снижения количества проклюнувшихся яиц. Наблюдения показали, что после выпуска wAlbB2-F4-самцов на экспериментальных участках из яиц стало выходить намного меньше личинок, чем на контрольных. На протяжении последних десяти недель выпусков на одном из экспериментальных участков количество появляющихся личинок было низким, а на двух других их практически не осталось.

Чтобы оценить долгосрочный эффект эксперимента, Биб и его коллеги в течение двадцати семи недель, с октября 2018 года по конец апреля 2019 года, отлавливали и подсчитывали взрослых желтолихорадочных комаров на трех экспериментальных и одном контрольном участках. В городе Мурилян популяция комаров на десятой неделе наблюдений была ниже контрольных значений на 99 процентов, а на двадцать седьмой неделе — на 97 процентов. В Гунди-Бенд сокращение на десятой неделе составило 70 процентов, а на двадцать седьмой — 63 процента. Лишь в Саут-Джонстоне комариная популяция восстановилась и не демонстрировала признаков угнетения. Скорее всего, ее колонизировали комары из другой местности.

Авторы отдельно проверили, не повлиял ли выпуск wAlbB2-F4-самцов на пропорцию особей, несущих штамм вольбахии wMel. Теоретически их место могли занять комары дикого типа, свободные от этих бактерий, что повысило бы риск распространения арбовирусов. Однако выяснилось, что в следующем после эксперимента сезоне пропорция wMel-комаров осталась на прежнем уровне, превышающем 90 процентов. Это свидетельствует, что использование wAlbB2-F4-самцов одинаково эффективно подавляет размножение wMel-комаров и их сородичей дикого типа. При этом штамму wAlbB2-F4 закрепиться в популяции не удалось.

Желтолихорадочные комары специализированы к кормлению человеческой кровью и предпочитают размножаться в резервуарах для воды, которые установлены в населенных пунктах. В результате они распространились в тропиках по всему миру. Однако узкая специализация этих насекомых также означает, что их популяции в отдельных деревнях, городах и поселках реально истребить, воспользовавшись методом, который испытали Биб и его коллеги. Аналогичный подход должен помочь в борьбе с еще одним инвазивным видом комаров — азиатским тигровым (Ae. albopictus): соответствующие эксперименты, проведенные в Италии и Китае, уже дали положительный результат.

Жителям России обычно досаждают комары Culex pipiens. Нередко они проникают даже в квартиры, отравляя сон жильцов. О том, что привлекает комаров к людям и как избежать их внимания, вы можете прочитать в нашем материале «Двое в комнате».

Сергей Коленов