Техника стерильных насекомых

Способ биологической борьбы с популяциями насекомых

Муха -червь была первым вредным организмом, успешно уничтоженным на определенной территории с помощью метода стерильных насекомых с использованием комплексного подхода на всей территории.

Метод стерильных насекомых ( МСН ) ^{[1] [2]} представляет собой метод биологической борьбы с насекомыми , при котором подавляющее количество стерильных насекомых выпускается в дикую природу. Выпускаемые насекомые предпочтительно являются самцами , поскольку это более рентабельно, и в некоторых ситуациях самки могут нанести ущерб, откладывая яйца в урожай или, в случае комаров , забирая кровь у людей. Бесплодные самцы конкурируют с плодовитыми самцами за спаривание с самками. Самки, спаривающиеся со стерильными самцами, не производят потомства, тем самым сокращая популяцию следующего поколения . Стерильные насекомые не самовоспроизводятся и поэтому не могут прижиться в окружающей среде. Повторный выпуск стерильных самцов при низкой плотности популяции может еще больше сократить, а в случае изоляции уничтожить популяции вредителей, хотя экономически эффективный контроль над плотными целевыми популяциями предполагает подавление популяции перед выпуском стерильных самцов.

Этот метод успешно использовался для искоренения мухи-червя ( Cochliomyia hominivorax ) в Северной и Центральной Америке. Много успехов было достигнуто в борьбе с вредителями плодовой мухи , особенно средиземноморской плодовой мушкой ( Ceratitis capitata ) и мексиканской плодовой мушкой ( Anastrepha ludens ). Активные исследования проводятся с целью определить эффективность этого метода в борьбе с плодовой мухой Квинсленда ( Bactrocera tryoni ) .

Стерилизация вызывается воздействием рентгеновского фотонного облучения на репродуктивные клетки насекомых. МСН не предполагает выпуск насекомых, модифицированных с помощью трансгенных (генно-инженерных) процессов. ^[3] Более того, МСН не привносит в экосистему чужеродные виды.

История

Использование стерильных самцов было впервые описано русским генетиком А.С. Серебровским в 1940 году, ^[4] но англоязычный мир дошел до этой идеи независимо и применил ^{ее практически примерно в 1950 -} х годах. Рэймонд Бушленд и Эдвард Книплинг разработали SIT для борьбы с червями, охотящимися на теплокровных животных, особенно на крупный рогатый скот; это было эффективно, потому что самки червей спариваются только один раз. Личинки этих мух проникают в открытые раны и поедают мясо животных, убивая зараженный скот в течение 10 дней. В 1950-х годах черви-черви нанесли ежегодный ущерб американским поставкам мяса и молочных продуктов, который прогнозировался на сумму более 200 миллионов долларов. Личинки винтовых червей также могут паразитировать на человеческой плоти.

Энтомолог Эдвард Ф. Книплинг

Бушленд и Книплинг начали поиск альтернативы химическим пестицидам в конце 1930-х годов, когда они работали в лаборатории Министерства сельского хозяйства США в Менарде, штат Техас . В то время червь-червь опустошал стада скота на юге Америки. Поставки красного мяса и молочных продуктов пострадали в Мексике, Центральной Америке и Южной Америке.

Книплинг разработал теорию автоцидного контроля – разрыва репродуктивного цикла вредителя. Энтузиазм Бушленда по поводу теории Книплинга побудил их искать способ выращивания мух в «заводских» условиях, а также найти эффективный способ стерилизации мух.

Их работа была прервана Второй мировой войной , но они возобновили свои усилия в начале 1950-х годов, проведя успешные испытания на популяции червей на острове Санибел , Флорида . Техника стерильных насекомых сработала; почти полная ликвидация была достигнута при использовании мух, стерилизованных рентгеновскими лучами .

Успехи

На карте показаны нынешний (оранжевый) и прежний (желтый) ареал распространения, а также примерное сезонное распространение мухи-червя .

В 1954 году этот метод был использован для уничтожения червей на острове Кюрасао площадью 176 квадратных миль (460 км ² ) , у побережья Венесуэлы . Черви были уничтожены за семь недель, что позволило спасти стада домашних коз , которые были источником мяса и молока.

С конца 1950-х по 1970-е годы SIT использовался для контроля популяции гельминтов в США. В 1980-х годах Мексика и Белиз устранили свои проблемы с червями с помощью SIT. В 1990-х годах программы искоренения распространялись по всей Центральной Америке, после чего в Панаме был установлен биологический барьер для предотвращения повторного заражения с юга. На карте показаны нынешний и бывший ареал, а также примерное сезонное распространение мухи-червя .

В 1991 году метод Книплинга и Бушленда остановил серьезную вспышку червя Нового Света в северной Африке. Программы борьбы со средиземноморской плодовой мухой в Мексике, Флориде и Калифорнии используют МСН для поддержания статуса зоны, свободной от мух. Этот метод использовался для искоренения дынной мухи на Окинаве и в борьбе с мухой цеце в Африке.

Этот метод позволил подавить насекомых, угрожающих домашнему скоту, фруктам, овощам и волокнистым культурам. Этот метод получил высокую оценку за свои экологические свойства: он не оставляет следов и не оказывает (прямого) негативного воздействия на нецелевые виды.

Эта технология оказалась благом для защиты сельскохозяйственной продукции, необходимой для питания населения мира. И Бушленд, и Книплинг получили всемирное признание за свое лидерство и научные достижения, включая Всемирную продовольственную премию 1992 года . ^{[5] Бывший} министр сельского хозяйства США Орвилл Фримен назвал эту технику «величайшим энтомологическим достижением 20-го века».

Южная Австралия с 2016 года производит десятки миллионов стерильных плодовых мух еженедельно в пиковые летние месяцы в рамках программы по контролю и, в конечном итоге, искоренению садовых вредителей. ^[6]

Африканский трипаносомоз

Сонная болезнь или африканский трипаносомоз – паразитарное заболевание человека. Болезнь , вызываемая простейшими рода Trypanosoma и передаваемая мухой цеце, является эндемической в ​​регионах Африки к югу от Сахары , охватывая около 36 стран и 60 миллионов человек. По оценкам, ежегодно от 50 000 до 70 000 человек заражаются и около 40 000 умирают. Три последние эпидемии произошли в 1896-1906, 1920 и 1970 годах.

Исследования мухи цеце показывают, что самки обычно спариваются только один раз (иногда дважды). Исследования показали, что этот процесс эффективен в предотвращении этого бедствия.

Успешные программы

• Муха-червь ( Cochliomyia hominivorax ) была искоренена в США, Мексике, Центральной Америке, Пуэрто-Рико и Ливии . ^[7]
• Мексиканская плодовая мушка ( Anastrepha ludens , Loew) была уничтожена на большей части северной Мексики.
• Муха цеце была уничтожена на Занзибаре в 1998 году ^[8] и в Сенегале в 2014 году. ^{[9] [10]}
• Средиземноморская плодовая мушка ( Medfly , Ceratitis capitata , Wiedemann) была уничтожена в северной части Чили и южных частях Аргентины, Перу и Мексики. Он подавляется SIT в районах выращивания фруктов в Хорватии, Израиле, Южной Африке, Испании и США.
• Яблочную плодожорку ( Cydia pomonella ) эффективно подавляют в некоторых частях Британской Колумбии, Канада, ^[11]
• Розовая совка ( Pectinophora gossypiella ) уничтожена на юго-западе США и северо-западе Мексики.
• Ложная плодожорка ( Thaumatotibia leucotreta ) эффективно подавляется в некоторых частях Южной Африки.
• Кактусовая моль ( Cactoblastis cactorum ) была уничтожена в результате вспышки на Юкатане, Мексика.
• На Окинаве была уничтожена дынная муха ( Bactrocera cucurbitae , Coquillett) . ^[12]
• Луковая муха ( Delia antiqua ) обитает в районах выращивания лука в Нидерландах ^[13].
• Долгоносик сладкого картофеля ( Cylas formicarius ) был уничтожен на островах Куме ^[14] и Цукен, ^[15] Окинава, Япония.

Цели

• Комар Anopheles – переносчик малярии ^[16] , например Anopheles arabiensis .
• Муха цеце ( Glossina spp.) – переносчик сонной болезни у человека и наганы у домашнего скота.
• Окрашенная яблоневая моль в Окленде , Новая Зеландия
• Комары Aedes aegypti ^[17] и Aedes albopictus — переносчики филяриатоза , лихорадки денге , желтой лихорадки , чикунгуньи и вируса Зика ^{[18] [19]}
• Виды плодовых мух, в том числе средиземноморская плодовая мушка ( Ceratitis capitata ), карибская плодовая мушка ( Anastrepha suspensa ) и мексиканская плодовая мушка ( Anastrepha ludens ) в Америке, квинслендская плодовая мушка ( Bactrocera tryoni ) в Австралии , восточная плодовая мушка ( Bactrocera dorsalis ) в Америке. Hawaii и некоторые другие виды Bactrocera . по всей Австралии, Азии и Океании: ФАО/МАГАТЭ ^[20] перечисляет 39 различных объектов МСН (DIR-SIT) ^[21] по всему миру, что способствует поиску информации о массовом производстве и дозах радиации (IDIDAS). ^[22] Он включает данные как о дозе радиации, необходимой для дезинсекции групп непатентованных товаров, так и о дозе радиации, используемой для обеспечения стерильности при борьбе с вредителями посредством МСН.
• Вест-индийский бататный долгоносик с острова Цукен, Окинава, Япония.

История трансграничной перевозки стерильных насекомых

Трансграничная перевозка стерильных насекомых осуществляется на постоянной основе на протяжении 60 лет (с 1963 г.). Общее количество отправленных стерильных насекомых оценивается более чем в один триллион тысяч отправлений через границы в 23 страны-получателя с 50 фабрик по производству стерильных насекомых в 25 странах. За этот длительный период и множество прецедентов не было выявлено никаких проблем, связанных с возможными опасностями, и, таким образом, поставка стерильных насекомых никогда не подвергалась каким-либо регулирующим действиям. В таблице показана история трансграничных поставок, которая началась в 1963 году с поставок стерильной мексиканской плодовой мухи ( Anastrepha ludens , Loew) из Монтеррея, Мексика, в Техас, США. ^[23]

Недостатки

• Иногда требуются периоды естественной низкой численности популяции или повторная обработка пестицидами для подавления популяций перед использованием стерильных насекомых.
• Разделение полов может быть затруднено, ^[17] хотя это можно легко осуществить в больших масштабах, где разработаны системы генетического определения пола, например, для средиземноморской плодовой мухи.
• Облучение, транспортировка и высвобождение могут снизить способность самцов к спариванию.
• Техника видоспецифична. Например, этот метод необходимо применять отдельно для каждого из 6 экономически важных видов мух цеце.
• Массовое выращивание и облучение ^{[24] [25]} требуют точных процессов. Неудачи случались, когда выпускали неожиданно плодовитых самцов.
• Подход на всей территории более эффективен, поскольку миграция диких насекомых из-за пределов контрольной зоны может вновь создать проблему.
• Стоимость производства достаточного количества стерильных насекомых может быть непомерно высокой в ​​некоторых местах ^[26], но снижается с эффектом масштаба .

Выводы и перспективы

Биотехнологические подходы, основанные на использовании генетически модифицированных организмов ( трансгенных организмов), все еще находятся в стадии разработки. Однако, поскольку не существует правовой базы, разрешающей выпуск таких организмов в природу, ^{[27] [28]} стерилизация облучением остается наиболее используемым методом. С 8 по 12 апреля 2002 г. в штаб-квартире ФАО в Риме состоялось совещание на тему «Состояние и оценка риска использования трансгенных членистоногих для защиты растений». Результаты совещания ^[29] были использованы Североамериканской организацией по защите растений (NAPPO) для разработки регионального стандарта NAPPO № 27 ^[30] «Руководства по импорту и выпуску трансгенных членистоногих в закрытые поля», который может обеспечить основа рационального развития использования трансгенных членистоногих.

Экономическая выгода

Экономические выгоды были продемонстрированы. Прямые выгоды от искоренения червей для животноводческой отрасли Северной и Центральной Америки оцениваются в более чем 1,5 миллиарда долларов в год по сравнению с инвестициями в размере около 1 миллиарда долларов, вложенными за полвека. Мексика защищает экспортный рынок фруктов и овощей стоимостью более 3 миллиардов долларов в год за счет ежегодных инвестиций около 25 миллионов долларов. По оценкам, статус свободного от медмухи открыл рынки для экспорта фруктов из Чили на сумму до 500 миллионов долларов. При внедрении на всей территории и в масштабном процессе выращивания МСН является конкурентоспособным с точки зрения затрат по сравнению с обычным контролем, а также имеет экологические преимущества. ^[31]

Связанные методы на растениях

Метод, аналогичный методу МСН, недавно был применен к сорнякам с использованием облученной пыльцы ^[32] , в результате чего семена деформировались и не прорастали. ^[33]

Смотрите также

• Наследственная стерильность у насекомых
• Генный драйв
• Генетически модифицированное насекомое

Рекомендации

1. Дайк, Вирджиния; Хендрикс, Дж.; Робинсон, А.С., ред. (2021). Техника стерильных насекомых: принципы и практика комплексной борьбы с вредителями на всей территории (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. дои : 10.1201/9781003035572. hdl : 10044/1/86496. ISBN 9781003035572. S2CID  265757752.
2. Врейсен, MJB, Робинсон, А.С., и Хендрикс, Дж. (2007). «Общетерриториальная борьба с насекомыми-вредителями: от исследований до практического применения». стр. 789 Спрингер, Дордрехт, Нидерланды.
3. (на французском языке) Луиджи Д'Андреа, «Des насекомые трансгенные против лихорадки денге. Sous quel contrôle et avec Quels Опасности?», Stop OGM infos , нет. 52, 2013.
4. Серебровский А.С. (1940). «[О возможности нового метода борьбы с насекомыми-вредителями]». Зоол. Ж . 19 : 618–630.
5. globalreach.com, Global Reach Internet Productions, LLC-Эймс, Айова-. «1992: Книплинг и Бушленд - Всемирная продовольственная премия - улучшение качества, количества и доступности продуктов питания в мире». www.worldfoodprize.org .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
6. «Порт-Огаста производит 40 миллионов стерильных плодовых мух в неделю для борьбы со вспышками заболеваний в Риверленде». Новости АВС . 03.11.2023 . Проверено 3 ноября 2023 г.
7. «Метод уничтожения стерильных насекомых на всей территории (Diptera: Calliphoridae)» (PDF) .
8. «Муха цеце уничтожена на острове Занзибар» . ФАО ООН ( Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций) . 22 мая 1998 года . Проверено 24 октября 2021 г.
9. «Сенегал празднует первую победу в борьбе с мухой цеце» . ФАО ООН ( Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций) . Дакар/Рим/Вена. 10 января 2014 г.
10. «Проект по искоренению мухи цеце в Сенегале получил награду за лучшие практики устойчивого развития» . МАГАТЭ . 23 июля 2015 года . Проверено 16 ноября 2021 г.
11. «OKSIR Программа выпуска стерильных насекомых (SIR) - это экологически безопасный подход к управлению популяцией плодожорки в долинах Оканаган, Симилкамин и Шусвап» . www.oksir.org .
12. Техника стерильных насекомых: пример применения к дынной мухе Bactrocera cucurbitae. (по состоянию на 13 декабря 2016 г.)
13. «Страницы сайта — по умолчанию» .
14. Химуро, Тихиро; Кохама, Цуго; Мацуяма, Такаши; Садояма, Ясуцунэ; Кавамура, Футоши; Хонма, Ацуши; Икегава, Юсуке; Харагути, Дай (12 мая 2022 г.). Пападопулос, Никос Т. (ред.). «Первый случай успешного уничтожения бататного долгоносика Cylas formicarius (Fabricius) с использованием метода стерильных насекомых». ПЛОС ОДИН . 17 (5): e0267728. Бибкод : 2022PLoSO..1767728H. дои : 10.1371/journal.pone.0267728 . ISSN  1932-6203. ПМЦ 9098069 . ПМИД  35551267. 
15. Икегава, Юсуке; Кавамура, Футоши; Садояма, Ясуцунэ; Киндзё, Кунио; Харагути, Дай; Хонма, Ацуши; Химуро, Тихиро; Мацуяма, Такаши (апрель 2022 г.). «Искоренение бататного долгоносика Cylas formicarius на острове Цукен, Окинава, Япония, в условиях временного нашествия самцов». Журнал прикладной энтомологии . 146 (7): 850–859. дои : 10.1111/jen.13004. ISSN  0931-2048. S2CID  247909671.
16. "Журнал о малярии". Журнал малярии .
17. Мамаи, Вадака; Майга, Хамиду; Сомда, Нанвинтум Северин Бимбиле; Валлнер, Томас; Кончал, Анна; Ямада, Ханано; Буйе, Жереми (2020). «Развитие личинок Aedes aegypti и образование куколок в стойке массового разведения ФАО/МАГАТЭ и факторы, влияющие на эффективность сортировки по полу». Паразит . 27 : 43. doi : 10.1051/parasite/2020041 . ISSN  1776-1042. ПМК 7301634 . ПМИД  32553098. 
18. "Генетически модифицированный спецназ".
19. Чен, Лин Х.; Хамер, Дэвидсон Х. (2016). «Вирус Зика: быстрое распространение в западном полушарии». Анналы внутренней медицины . 164 (9): 613–5. дои : 10.7326/M16-0150 . ISSN  0003-4819. ПМИД  26832396.
20. «Техника стерильных насекомых, борьба с насекомыми-вредителями - NAFA» . www-naweb.iaea.org .
21. «DIR-SIT - Всемирный каталог объектов SIT (DIR-SIT)» . kernel.iaea.org .
22. «IDIDAS - Международная база данных по дезинсекции и стерилизации насекомых (IDIDAS)» . kernel.iaea.org .
23. Прочтите дополнительную информацию об упаковке, транспортировке, хранении и выпуске стерильных насекомых.
24. «Руководство ФАО / МАГАТЭ / Министерства сельского хозяйства США по контролю качества продукции и процедурам доставки стерильных массово выращиваемых плодовых мух тефритид, руководства и протоколы, борьба с насекомыми-вредителями - NAFA» . www-naweb.iaea.org .
25. «ФАО/МАГАТЭ. 2006. Стандартные операционные процедуры ФАО/МАГАТЭ по массовому разведению мух цеце, версия 1.0. Международное агентство по атомной энергии, Вена, Австрия. 239 стр» (PDF) .
26. Мамаи, Вадака; Бимбиле Сомда, Нанвинтум Северин; Майга, Хамиду; Кончал, Анна; Валлнер, Томас; Бахум, Маме Тьерно; Ямада, Ханано; Буйе, Жереми (2019). «Порошок личинок черной львинки (Hermetia illucens) в качестве ингредиента рациона личинок для массового разведения комаров Aedes». Паразит . 26 : 57. doi : 10.1051/parasite/2019059 . ISSN  1776-1042. ПМК 6752115 . ПМИД  31535969. 
27. Нолс Б.Г. и Луи К. 2005. Объединение лабораторных и полевых исследований для генетического контроля переносчиков болезней. В материалах совместного семинара ВОЗ/СПТБ, НИАИД, МАГАТЭ и Frontis по объединению лабораторных и полевых исследований в целях генетического контроля переносчиков болезней, Найроби, Кения, 14–16 июля 2004 г., Вагенинген. Фронтис
28. Скотт, ТВ; Таккен, В; Нолс, Б.Г.; Боэте, К. (2002). «Экология генетически модифицированных комаров». Наука . 298 (5591): 117–119. Бибкод : 2002Sci...298..117S. дои : 10.1126/science.298.5591.117. ПМИД  12364785.
29. Статус и оценка риска использования трансгенных членистоногих для защиты растений (PDF) . 2002 . Проверено 17 сентября 2016 г.
30. «Региональный стандарт NAPPO № 27» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 августа 2008 г.
31. Хендрикс, Хорхе и Алан Робинсон. 2009. Техника стерильных насекомых. В Энциклопедии насекомых под ред. Винсент Х. Реш и Ринг Т. Кард. стр. 953–957. Второе издание. Лондон, Оксфорд, Бостон, Нью-Йорк и Сан-Диего: Academic Press, Elsevier Science Publisher.
32. США ожидает рассмотрения US20190208790A1, Эфрат Лидор-Нили и Орли Нойвирт-Брик, «Композиции, наборы и методы борьбы с сорняками», опубликовано 11 июля 2019 г., передано Weedout Ltd. 
33. מורן, מירב (30 декабря 2020 г.). "בלי כימיקלים: שתי מדעניות הגו רעיון פשוט ומהפכני לחיסול עשבים שוטי ם". הארץ (на иврите) . Проверено 05 января 2021 г.

Внешние ссылки

• Противозачаточные средства от комаров
• Статья BBC Online
• План по искоренению мухи цеце
• Техника стерильных насекомых
• Улучшение стерильности самцов в программах по использованию стерильных насекомых для плодовых мух (SIT)
• Статья Би-би-си
• Принципы и практика использования стерильных насекомых в комплексной борьбе с вредителями на всей территории. Книга, издание 2021 года, CRC Press | Дата доступа = 13 января 2022 г.
• Универсальный видоспецифичный метод искоренения.
• «ВИДЕО: Техника стерильных насекомых». Ядерные методы борьбы с насекомыми-вредителями - МАГАТЭ . Проверено 16 ноября 2021 г.