Как мы можем бороться с комарами? Деактивировать их сперму.

Этот метод биологического контроля может помочь управлять популяциями комаров, которые переносят смертельные вирусы.

Отредактировано 2023-07-08
Комар кусающий человеческую рукуВзрослая самка комара Culex принимает пищу из крови.

После необычайно теплой зимы на значительной части Северного полушария эта весна может принести больше комариных укусов, чем обморожений. Более низкие температуры обычно убивают или замедляют размножение кровососущих насекомых, а теплые температуры с 1980-х годов добавили почти 10 дополнительных дней к комариному сезону в Вашингтоне.

Хотя все более продолжительное лето и более короткая и теплая зима могут означать увеличение количества комаров в будущем, некоторые новые исследования могут помочь контролировать растущие популяции этого распространенного вредителя. В исследовании, опубликованном 16 марта в журнале PLOS ONE, ученые обнаружили, что белки, активирующие сперматозоиды комаров, могут быть отключены. Это действие не позволит сперматозоидам доплыть до яиц и оплодотворить их. Это могло бы помочь контролировать популяции одного из видов обыкновенных домашних комаров, который, как известно, является переносчиком вируса Западного Нила и энцефалита, вызываемого мозгом, под названием Culex.

В новой работе подробно описаны все белки, которые содержатся в сперме насекомого, что помогло исследователям найти специфические белки, которые поддерживают качество спермы, пока она неактивна, а также те, которые активируют сперматозоиды для плавания.

"Во время спаривания комары соединяются хвост к хвосту, и самцы переносят сперму в репродуктивный тракт самки. Она может храниться там долгое время, но ей все равно нужно попасть из точки А в точку Б, чтобы завершить оплодотворение", - сказала соавтор исследования Кэти Талер, клеточный биолог из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Специализированные белки, выделяемые во время эякуляции, активируют жгутики (они же хвосты сперматозоидов) и обеспечивают их движение, что является ключом к завершению их путешествия в репродуктивный тракт самки комара.

"Без этих белков сперматозоиды не могут проникнуть в яйцеклетки. Они останутся неподвижными и в конечном итоге просто разрушатся", - сказал в своем заявлении соавтор исследования Ричард Кардулло, профессор биологии Калифорнийского университета в Риверсайде.

Чтобы получить такую подробную информацию о белках очень маленького насекомого, авторы работали с группой студентов, которые смогли выделить целых 200 самцов комаров из более крупной популяции насекомых. Затем они извлекли достаточное количество спермы из их половых путей, чтобы масс-спектрометрическое оборудование могло не только обнаружить белки, но и идентифицировать их.

В предыдущих исследованиях команда обнаружила, что сперматозоидам необходим кальций для обеспечения их движения вперед при попадании в репродуктивный тракт. "Теперь мы можем заглянуть в созданный нами полный белковый профиль, найти белки кальциевых каналов и разработать эксперименты, направленные на эти каналы", - говорит Кардулло.

По словам Талера, профилирование белков открывает путь к контролю популяции комаров более экологичным и менее токсичным способом, чем методы, использующие вредные пестициды, которые могут убивать других насекомых, растения и причинять вред животным - так называемый биологический контроль.

Биологический контроль не означает, что комары будут уничтожены как вид. Иммобилизация сперматозоидов будет на 100% эффективна для обработанных комаров, но ученые не могут или не хотят уничтожить всех комаров. Использование подобного метода позволит изменить соотношение фертильных и бесплодных самцов.

В 2022 году ученые из биотехнологической компании Oxitec провели первое исследование под открытым небом, выпустив во Флорида-Кис комаров, генетически модифицированных так, чтобы они были самцами, не кусались и могли производить потомство только мужского пола. Они обнаружили, что когда модифицированные комары достигли зрелого возраста, их полет и поведение при исследовании соответствовали способностям диких комаров, и что они успешно спаривались с местными самками комаров. Затем самки отложили яйца в ловушки, которые команда собрала, чтобы наблюдать за их вылуплением в лаборатории. Все вылупившиеся яйца были мужскими. Однако ген, убивающий женские яйца, сохранялся примерно в течение трех поколений комаров.

"Москиты - самые смертоносные животные на Земле. Но как бы люди их ни ненавидели, большинство экологов выступили бы против плана по их полному уничтожению. Они играют важную роль в пищевой цепи для рыб и других животных", - сказал Кардулло.

Хотя в данном исследовании рассматривался только Culex, команда надеется, что эта информация будет применима к некоторым из более чем 3 000 видов комаров. По мере потепления на планете и усиления климатических изменений все больше видов комаров перемещаются в Северное полушарие, в том числе и те, которые переносят малярию.

Изучение подвижности сперматозоидов Culex также может иметь значение для улучшения фертильности у людей. Многие клетки имеют жгутики, и, по словам Кардулло, то, что мы можем узнать об одной системе организма, может быть применимо к другим видам.