Вирусы насекомых
Вирусы насекомых
В отличие от вирусов человека, животных и растений, вирусы насекомых накапливаются в организме хозяина в огромных количествах – до трети массы тела! То есть больное насекомое может быть просто нафаршировано вирусом.
Вирусные болезни обнаружены у очень многих видов: у бабочек (больше всего) и моли, муравьев, ос и пчел, у мух и комаров, у жуков, саранчи, паутинных клещиков, у кузнечиков и сверчков, тутового, дубового и непарного шелкопрядов... в общем, вирусов насекомых известно сейчас не менее полутысячи.
Чаще всего встречаются и лучше всего изучены так называемые "бакуловирусы" (от греч. "бакулум" – палочка). Бакуловирусы устроеры довольно необычно. Внутри вириона находится ДНК – генетический материал вируса. ДНК представляет собой обычную двойную спираль, только замкнутую в кольцо. Всякий знает, что если не имеющее разрывов
1 – пучки палочковидных частиц вируса ядерного полиэдроза, завернутые в оболочку; 2 – строение полиэдра: пучки вирусных частиц погружены в глыбку из вирусного белка; 3 – ядро клетки жирового тела гусеницы, набитое полиэдрами
кольцо скручивать само на себя, получится довольно толстая короткая нить или даже палочка. Вот в таком примерно виде и упакована ДНК в вирионе бакуловирусов. Сверху по всей длине она покрыта белком оболочки.
У одной группы бакуловирусов – вирусов гранулеза – вирион заключен еще и в капсулу, отчего напоминает гранулу овальной формы. Еще интереснее у другой группы бакуловирусов – вирусом ядерного полиэдроза (то есть вирусов, образующих в ядре клетки многогранные структуры – полиэдры). У них отдельные вирионы собираются в пучки по несколько штук и завертываются в еще одну, общую для них оболочку. Получается что–то вроде конфетки, завернутой в фантик да еще и упакованной вместе с себе подобными в коробку. Вещество, в которое погружены отдельные вирусные частицы, состоит из вирусного белка.
Впервые ядерный полиэдроз был описан еще в 1527 году у шелковичного червя, то есть гусеницы тутового шелкопряда – того самого, которого разводят ради получения натурального шелка. Гусеница питается листьями шелковицы, или тутового дерева. Отъевшись до внушительных размеров, она начинает плести кокон, то есть окукливаться. При окукливании гусеница выделяет из своей прядильной железы одну цельную нить длиной до трех километров, которую обматывает вокруг себя. Куколка недели через три превращается в бабочку, которая выходит из кокона, разрывая его. Чтобы предупредить порчу нити, бабочек внутри кокона убивают паром. Коконы размачивают в горячей воде, которая растворяет вещество, склеивающее нити кокона, и затем разматывают. Ввиду большой тонкости отдельных шелковинок (около 0,02 мм толщиной) при размотке соединяют шелковинки с нескольких коконов. Полученные нити представляют собой так называемый шелк–сырец.
Бакуловирусы поражают главным образом гусениц. Больные гусеницы часто цепляются ножками за ветки и свисают с них вниз годрвой. Размягчение и растворение тела личинки происходит настолько быстро, что уже через несколько часов от гусеницы остается буквально "мокрое место". Часто у гусеницы лопаются покровы, и из них вытекает молочно–белое содержимое, кишащее вирусами. Большая часть полиэдров попадает в почву, где может сохранять инфекционность годами.
Ядерный полиэдроз – одно из самых опасных заболеваний тутового шелкопряда.
Другие вирусы образуют полиэдры не в ядре, а в цитоплазме зараженных клеток. Поэтому вызываемое ими заболевание называется цитоплазматический полиэдроз. Их излюбленная мишень – клетки эпителия средней кишки гусеницы. По мере гибели клеток образовавшиеся в них полиэдры высвобождаются в просвет кишечника и с фекалиями выделяются из организма зараженной гусеницы.
Радужные вирусы – одни из самых крупных. Они накапливаются в теле зараженной личинки в столь больших количествах, что даже способны образовать кристалл. Преломляясь в кристалле, видимый свет вызывает радужное свечение тела зараженного насекомого от красноватых до темно–фиолетовых тонов. Почему–то эти вирусы предпочитают заражать преимущественно комаров, хотя встречаются и у скарабея – священного жука древних египтян. Один вирус вызывает красное свечение тела зараженного комара, другой – сине–зеленое. Иридовирусы, так их еще называют, обнаружены пока только у насекомых.
Еще, оказывается, насекомые болеют оспой. Вирионы вируса оспы насекомых похожи на вирус натуральной оспы, но тоже сгруппированы по несколько штук. В отличие от молниеносно протекающей бакуловирусной инфекции, оспа насекомых развивается медленно, в течение нескольких недель. Конец, правда, один – гибель личинки.
Многие наверняка слышали про плодовую мушку дрозофилу. Классический объект исследований генетиков, она сослужила огромную службу науке, ничуть не меньшую, чем лягушка или собаки. У ней тоже обнаружен вирус, который проявляется совершенно невиданным образом, делая мух чувствительными к углекислому газу. Этот вирус называется вирусом "сигма" и по структуре напоминает вирус бешенства. При определенной концентрации углекислого газа здоровые мухи впадают в наркотический сон, а инфицированные так из него и не выходят, потому что погибают от паралича.
Здоровые личинки насекомых заражаются при кормлении на побегах, загрязненных экскрементами больных или погибших гусениц. Полиэдры нечувствительны к пищеварительным ферментам, но в среднем отделе кишки у гусениц щелочная среда, и вот там–то полиэдры наконец растворяются, высвобождая вирусные частицы. Вирус может размножаться в клетках кишечной стенки, но накапливается в основном в жировом теле – своеобразном органе, главной функцией которого является запасание жира. Именно благодаря образованию таких запасов многие насекомые могут подолгу голодать. Некоторые бабочки проводят в состоянии куколки, совершенно не питаясь, по три года. При очень высокой степени заражения вирусные частицы могут обнаруживаться в клетках любого другого органа и на поверхности яиц, которые откладывает самка. Вирусы обнаруживаются и внутри яйца, и это очень распространенный и очень эффективный способ передачи вируса потомству.
Не все вирусы, которые можно обнаружить в насекомых, вызывают у них какие–нибудь заболевания. Очень часто насекомое служит просто переносчиком вируса, "доставляя" его от одного растения к другому (как, например, тли) или от одного животного к другому или от животного к человеку. Вирусы могут даже размножаться в организме переносчика, но очевидного вреда они ему при этом не причиняют.
Вирусы насекомых можно было бы использовать, заражая ими, например, опасных вредителей леса – всех этих еловых, сосновых, тополевых пилильщиков, пихтовую листовертку и мало ли кого еще, когда их размножение принимает масштабы эпидемии. Коммерческие препараты на основе бакуловирусов используются в США и Канаде, в Китае, России, Бразилии. Они безвредны для человека и теплокровных животных, не заражают дикорастущие и сельскохозяйственные растения, зато вызывают эпизоотии у вредителей при их массовом размножении. Хорошо, что вирус, скорее всего, сохраняется в популяции насекомого–вредителя и после окончания эпидемии и, таким образом, раз внедренный, долгое время будет контролировать его численность, не позволяя ей преодолевать эпидемический порог. Например, во Франции использовали вирус ядерного полиэдроза для борьбы с походным шелкопрядом. Порошком, в одном грамме которого содержалось 20 миллионов кристаллов–полиэдров, обработали 500 гектаров леса. Через два года обнаружили только 18 яйцекладок шелкопряда.
Тем не менее бакуловирусные инсектициды – совершенно ничтожная часть всех используемых пестицидов. В связи с разработкой более дешевых и более активных химических инсектицидов бакуловирусы, как возможное средство контроля численности вредителей сельского хозяйства, отступили на задний план. Бакуловирусы действуют медленно и плавно, а химические средства быстро убивают вредителя. Бакуловирусы поражают только определенного вредителя, в то время как химические средства защиты активны против самых разных насекомых.
Чтобы повысить убойную силу бакуловирусов, в их генетический материал встраивают различные чужеродные гены. Встраивали, например, ген яда скорпиона, очень токсичного для насекомых, и ген токсина, препятствующего пищеварению, в результате чего вредитель при изобилии пищи погибает от голода, а также гены различных гормонов, которые нарушают процесс нормального развития насекомого–вредителя. Все эти гены активируются, когда вирус начинает размножаться в теле насекомого, и многократно усиливают токсическое действие собственно вируса.