Самые распространенные животные на фермах — да и вообще повсюду на суше — это микроскопические черви, называемые нематодами. Некоторые виды приносят пользу почве, а другие паразитируют на сельскохозяйственных культурах, ежегодно нанося ущерб во всем мире на сумму более 100 млрд. долл.. Хотя пестициды могут избавиться от вредоносных нематод, они наносят побочный ущерб другой жизни.
Теперь исследователи обнаружили новое химическое вещество, которое избирательно убивает вредных нематод с гораздо меньшим риском токсичности для людей и других существ. «Это действительно уникально», — говорит паразитолог Тим Гири из Университета Макгилла и Королевского университета Белфаста, который не участвовал. «Это может предложить способ улучшить борьбу с вредителями сельскохозяйственных культур».
Фермеры разными способами пытаются предотвратить поражение нематодами. Чередование культур, стерилизация почвы пластиковыми листами и посадка устойчивых к нематодам сортов сельскохозяйственных культур могут помочь справиться с проблемой, но наиболее эффективным решением является обработка полей пестицидами. Тем не менее, большинство широко используемых химических веществ, которые, как известно, убивают нематод, были запрещены из-за их токсичности для человека и дикой природы. В 2004 году производители химикатов начали постепенно отказываться от бромистого метила, еще одного химического вещества, широко используемого для фумигации почвы, поскольку оно наносит ущерб озоновому слою Земли. С тех пор химические компании разработали несколько новых, более безопасных пестицидов для нематод.
Последний кандидат поступил из лаборатории Питера Роя, химического генетика из Университета Торонто (U of T). В последние годы он и его коллеги оценили около 100 000 малых молекул, чтобы выяснить, убивают ли они Caenorhabditis elegans, безобидная нематода, биология которой хорошо известна ученым. Если лаборатория обнаружит химическое вещество, смертельное для С. Элеганс, Эндрю Бернс, биохимический генетик из Университета штата Техас, и его коллеги проверяют, не наносит ли он вред другим видам организмов, таким как грибки, насекомые и мыши. «Нас не интересуют химические вещества, которые все убьют, — говорит он.
В 2016 году соединение, прошедшее эти испытания, привлекло внимание Бернса. Его химическая структура напоминала препарат под названием левамизол, который используется для лечения домашнего скота, зараженного паразитическими нематодами, но это соединение по-разному воздействовало на червей. Левамизол парализует их, тогда как недавно открытая малая молекула, получившая название селективвин, убивает их напрочь.
Дальнейшие эксперименты выявили смертельные методы селективина. Как только тело нематоды поглощает его, червь модифицирует его с помощью ферментов, называемых цитохромами P450, которые во многих организмах обезвреживают чужеродные молекулы. Но по какой-то причине нематодная версия цитохрома Р450 вместо этого превращает селективин в токсичное химическое вещество. «Это был первый ага-момент для меня», — говорит Бернс. Цитохрому Р450 для функционирования необходим кислород, поэтому Бернс предположил, что селективины могут быть полезны для уничтожения нематод, живущих в почве, где кислорода много.
Этой «биоактивации» химических веществ не произошло в других протестированных организмах, возможно, потому, что их версии цитохрома P450 справляются с ним безопасно, что предполагает, что он не будет токсичным для людей, диких животных и почвенных микроорганизмов. Структурно похожая молекула даже оставляет невредимыми некоторые полезные нематоды, такие как Фасмархабдит гермафродитный, который убивает слизней и улиток, которые в противном случае поедали бы урожай. Некоторые фермеры также выпускают определенные виды полезных нематод для борьбы с насекомыми-вредителями, которых черви заражают и убивают.
По словам Чарльза Оппермана, нематолога из Университета штата Северная Каролина, новый пестицид, который не повреждает этих полезных нематод и убивает паразитирующих на растениях нематод, был бы благом. «Это действительно предоставило бы производителям больше возможностей для поддержания здоровья почвы».
Затем команда сотрудничала с исследователями из Министерства сельского хозяйства США, чтобы испытать селективин против печально известной и гнусной нематоды. Мелоидогин инкогнита, который поражает многие виды сельскохозяйственных культур. В опытах с тепличными растениями томатов селективвин контролировал нематод так же или немного лучше, чем существующие пестициды.сообщают исследователи в Природа.
Еще одним преимуществом селективина является то, что его производство может быть дешевле, чем существующие пестициды, используемые против нематод. Требуются только два дешевых растворителя, а необходимые химические реакции могут быть завершены без дорогих катализаторов или высоких температур. «Тот факт, что его производство относительно недорогое, может иметь большое значение, — говорит Опперман.
До того, как новое химическое вещество станет доступным для фермеров, еще далеко — для большинства пестицидов требуется 10 лет экспериментов и не менее 250 млн. долл., чтобы обеспечить эффективность и безопасность, прежде чем они поступят на рынок. Однако эта проблема не остановила Роя, который очень хочет найти коммерческих партнеров, которые помогут продвинуть лекарство через этапы разработки.