Вредители, питающиеся растениями, являются настоящим бедствием для фермеров. По оценкам, они ответственны за потерю до 40% урожая до сбора урожая во всём мире. Однако новое поколение средств для обработки сельскохозяйственных культур, нацеленных только на «плохих» насекомых, может принести значительную пользу канадскому сельскохозяйственному сектору, улучшив инструменты борьбы с вредителями в отрасли, которая в 2024 году принесла более 142 миллиардов долларов.
Доктор Джастин Пахара и его команда из Научно-исследовательского и опытно-конструкторского центра в Летбридже при Министерстве сельского хозяйства и агропродовольствия Канады (AAFC) разрабатывают новые методы скрининга, чтобы узнать, эффективны ли текущие средства для обработки сельскохозяйственных культур. Их конечная цель — разработать метод использования нанотехнологий для доставки специфических химических веществ в организм вредителей на основе их уникальной ДНК — без вреда для полезных насекомых.
Например, с помощью методов, разработанных и испытанных в Канадском центре света (CLS) при Университете Саскачевана, исследователи обнаружили, что у клопов-вреднаяшек есть участки с повышенным содержанием минералов, указывающие на определённые белки, на которые в будущем можно будет нацелить специальные агенты, чтобы предотвратить их поедание сельскохозяйственных культур. Клоп-вреднаяшка — распространённый сельскохозяйственный вредитель, питающийся многими культурами, включая рапс.
Инновационные методы Пахары и его команды опубликованы в «Канадском журнале химии».
«Нам всем нужна еда, и если фермеры не смогут эффективно выращивать свою продукцию и зарабатывать на этом, это будет проблемой, — говорит Пахара. — Нам нужны новые инструменты для борьбы с вредителями. Насекомые становятся более устойчивыми к химическим веществам так же, как у людей развивается устойчивость к антибиотикам».
Разработка целенаправленных средств борьбы с вредителями также сделает неактуальным «ковровые бомбардировки» насекомых вредными пестицидами.
«Подход „распыляй и молись“ также приводит к гибели полезных насекомых, таких как опылители, и хищных насекомых, таких как пауки, осы и жуки, которые помогают поддерживать здоровую экосистему», — говорит Пахара.
Первым шагом было изучение того, как пестициды попадают в организм вредителей, как наноматериалы попадают в их тела и где вещества накапливаются. Эта информация поможет разработать более эффективные решения.
Пахара и его команда использовали линию BioXAS в CLS для создания рентгеновских изображений гусениц и клопов-вреднаяшек, чтобы показать, какие химические вещества присутствуют в насекомых и где.
Затем группа разработала специальное программное обеспечение для изучения изображений насекомых в 3D-моделях с помощью виртуальной реальности, чтобы можно было ещё «пристальнее» рассмотреть внутренности тел насекомых.
«Разработка новых подходов — это очень сложная задача, над которой люди работали десятилетиями, но без особого успеха, — говорит Пахара. — В конечном счёте наша работа в Министерстве сельского хозяйства и агропродовольствия Канады заключается в том, чтобы передать то, что мы узнали, канадской промышленности, чтобы решить ключевые технические проблемы, чтобы промышленность могла взять на себя решение этих проблем с меньшими рисками».
Теперь, когда Пахара и его коллеги знают, что их скрининговый тест работает, они расширяют свои исследования на сорняки и грибковых вредителей и смогут начать тестирование доставки наноматериалов, разработанных как AAFC, так и подразделением NANO Национального исследовательского совета Канады, в организмы насекомых.
Предоставлено Канадским центром света.