Віруси комах

Віруси комах-клас пестицидів, що містять в якості діючої речовини віруси, що викликають хвороби комах. Віруси є найпростішими неклітинними формами життя, які паразитують в клітинах господаря на молекулярно-генетичному апараті.

Введення

Віруси комах високоспецифічні і безпечні для людини і сільськогосподарських тварин, не забруднюють середовища проживання. Їх характеризує більш низька норма застосування, в порівнянні з іншими біологічними засобами захисту рослин.

Віруси комах, як і інші віруси, можуть розвиватися тільки в клітинах живих організмів, вражаючи їх цитоплазму або ядро. Відповідно до цього розрізняють ядерні і цитоплазмові віруси. Найбільший інтерес для біологічного способу боротьби мають три групи вірусів: віруси ядерної та цитоплазменного поліедроза і віруси гранулеза.

Бакуловіруси можуть бути використані в якості біоінсектицидів проти значної кількості шкідливих видів завдяки їх високій вірулентності, специфічності і пролонгованої активності за рахунок епізоотій.

Також можна ставити завдання не повного знищення шкідника, а лише зменшення його чисельності до економічно нешкідливого рівня. Досить при цьому однією вірусної обробки, оскільки в популяції шкідника встановлюється рівновага між комахою і вірусом, яке може зберігатися дуже тривалий час (кілька років).

Історія

Перші описи вірусних хвороб комах (гусениць тутового шовкопряда) з'явилися в літературі в середині дев'ятнадцятого століття. Однак ще протягом багатьох наступних десятиліть вірусні захворювання змішували з бактеріальними, протозойними та іншими інфекційними хворобами, так як в той час не було нічого відомо навіть про саме існування вірусів.

Віруси були відкриті російським вченим Д. І. Івановським в 1892 році при вивченні мозаїчної хвороби тютюну.

Свідоме використання вірусів почалося в 40-х роках ХХ століття, коли Е. Штейнхауз (1945р.) вперше застосував полиэдроз проти люцернового жовтяниці. Така обробка показала високу ефективність.

У Каліфорнії почалися широкі випробування вірусних гранулезов і ядерних поліедроза проти листовійки, люцернового жовтяниці, ріпової білани та інших шкідників.

У Росії О. В. Швецова в 1954 році одна з перших звернула увагу на необхідність застосування вірусів. Дещо пізніше за допомогою обробки яйцекладок шкідника вірусною суспензією ядерного поліедрозу були проведені успішні роботи в лісах щодо зниження чисельності непарного шовкопряда. На міжнародному ентомологічному конгресі в Москві в 1968 році дві доповіді повідомляли про вдале застосування гранул капустяної білявки в Прибалтиці і гранул озимої совки в Узбекистані. Використання вірусів в сільському господарстві надалі стало розширюватися. З опису властивостей бакуловирусов комах стає зрозумілим, чому з численних представників існуючих у природі вірусів комах були взяті на озброєння саме ці віруси: вони нешкідливі для людини, корисних комах, рослин і теплокровних тварин, накопичуються в тілі комахи (до 20% від сухої ваги), володіють достатньою специфічністю і є природними членами біоценозів.

В даний час людству відомі багато вірусів, які викликають захворювання різних рослин, тварин і людини. До 70 років минулого століття для комах найбільша кількість вірусних хвороб (приблизно 200) було відомо серед лускокрилих. Захворювання, викликувані цими дрібними збудниками, виявлені також у 20 видів перетинчастокрилих, у 7 видів двокрилих і 1 виду твердокрилих.

Загальні відомості

Віруси комах або ентомопатогенні віруси-вузькоспеціалізована група клітинних паразитів. Вони пристосовані лише до комах і мають властивості, що відрізняють їх від інших груп вірусів. Головна властивість більшості вірусів комах-це здатність утворення в процесі розвитку Телець-включень (інклюзій) у вигляді білкового матриксу, де укладені Зрілі віріони – носії інфекції. Віріон є кінцевою стадією розвитку вірусу, головною вірусною субстанцією. Він містить генетичний матеріал у вигляді нуклеїнових кислот – однонитчатой РНК і двоспіральної ДНК і передає новому вірусного поколінню генетичну інформацію.

Віріони можуть бути прямокутної, сферичної, ізометричної або паличкоподібної форми, вони оточені капсидами-1 або 2-ма білковими оболонками. Форма віріона – один з критеріїв, які використовуються в класифікації вірусів

Інклюзії – білкові тільця-включення. Вони можуть мати форму поліедрів – багатогранників або гранул – овальну форму. Окремі види вірусів інклюзій не утворюють.

Цитоплазма або ядра клітин в організмі господаря можуть бути місцем реплікації вірусу, різні тканини і органи – місцем локалізації. Тканинний тропізм і форма інклюзій теж є критеріями, за якими класифікують віруси і діагностують вірусні хвороби.

Гранули і поліедри, де укладені віріони, надійно захищають останніх від зовнішніх несприятливих факторів і сприяють поширенню і тривалому збереженню вірусів. У поліедрах віріони розташовані поодиноко або пучками; в гранулах, зазвичай, віріон тільки один. Самі гранули і полиэдры стійкі до механічних, температурних впливів, у воді не розчиняються, перебуваючи поза організмом господаря, зберігають довгий час свої фізико-хімічні властивості.

Залежно від локалізації інклюзій і їх форми вірусні хвороби називають гранульозами або поліедрозами. Якщо розвиток вірусу відбувається в ядрах клітин різних тканин і органів комахи – захворювання називається ядерним полиэдрозом загального типу. При розвитку вірусу в ядрах клітин епітелію середньої кишки виникає ядерний поліедроз кишкового типу, при реплікації в цитоплазмі клітин господаря-цитоплазматичний поліедроз. Назви інших вірусних хвороб ґрунтуються на інших ознаках. Наприклад райдужні хвороби характеризуються тим, що в процесі розвитку віріонів утворюються паракристалічні скупчення. Тут виникає дифракція видимого світла, яка дає ефект райдужного світіння уражених тканин комахи.

Віруси поліедрозів в стані, що спочиває укладені в особливі білкові освіти, внутрішньоклітинні багатогранні включення-поліедри. Число граней і розміри поліедрів різні. Бувають поліедри, що мають форму тетраедрів, гексаедрів, ромбододекаедрів і ін. розміри поліедрів досить великі (0,5-15 мкм), тому їх можна розглянути за допомогою світлового мікроскопа. Поліедри можуть бути різної форми у близьких видів комах і однаковими у віддалених видів.

Численні вірусні частинки, укладені в поліедрах, мають паличкоподібну форму у збудників ядерного поліедрозу і округлено-овальну-у збудників цитоплазмового поліедрозу.

Віруси цитоплазмового поліедрозу в більшості своїй менш вірулентні і менш специфічні, ніж віруси ядерного поліедрозу і гранульозу.

Фактори зовнішнього середовища. Вірусні частинки досить чутливі до зовнішніх впливів і не можуть довго зберігатися поза кліткою. Однак, будучи укладеними в захисну білкову оболонку (поліедр або гранулу), віруси здатні зберігати свою активність в природних умовах протягом багатьох років.

Дія на шкідливі організми

В залежності від часу перебування вірусу в організмі комахи і популяції їх взаємодія може бути двох типів:

  • вірус недовго знаходиться в організмі, викликаючи, як правило, гострий інфекційний процес з коротким інкубаційним періодом. Комаха гине. З загиблих особин вірус потрапляє в навколишнє середовище, поширюється в популяції господаря і заражає інших сприйнятливих особин. Надійно захищений поліедрами або гранулами, вірус може зберігатися в біотопі місяцями або роками, поки знову не потрапить в організм комахи; 
  • довге перебування в організмі і в популяції (персистенція). Вірус неактивний, знаходиться в так званій латентній формі, в популяції передається від батьків до потомства. Механізм передачі відносно складний.

Латентний вірус може довго циркулювати в популяції комах до тих пір поки не буде активований стресовими для господаря факторами (аномальна погода, найчастіше посуха, харчування невідповідним кормом, голод, інші інфекції, боротьба за простір тощо). Тоді латентна форма вірусу, яка існувала в клітинах господаря у вигляді субвирусных структур, стає активною, розвивається епізоотія, комахи масово гинуть, потім спалах інфекції загасає.

За цією схемою найчастіше у комах розвиваються ядерні поліедрози кишкового і загального типів. Хворобою уражаються личинкові фази розвитку. При попаданні вірусу в кишечник гусениць разом з кормом відбувається зараження. Контактним способом інфекція не передається. Вірус потрапляє в навколишнє середовище при розкладанні загиблих в результаті хвороби особин. Подальшому поширенню вірусу сприяють абіотичні фактори (вітер, дощ, міграція заражених комах і рознесення інфекції ентомофагами (тахинами, саркофагидами, наїзниками), гризунами і птахами, що поїдають хворих гусениць. Поза організмом вірус активний навіть при несприятливих зовнішніх умовах-сухість, вологість, низькі температури не роблять на них впливу. Однак високі температури і ультрафіолетове сонячне випромінювання сонця інактивують вірус

Механізм дії. Білок вірусів ядерного поліедрозу, що містить в собі віріони, в травному тракті руйнується під дією лужного середовища і протеази кишечника. Віріони вивільняються і починають впливати на мембрани клітин комах. На ранніх етапах інфекційного процесу, приблизно через 2 год після поглинання поліедрів комахами, вивільнені віріони взаємодіють з микроворсинками циліндричних клітин епітелію середнього відділу кишечнику. Відбувається адсорбція мікроорганізмів на мембрані мікроворсинок. Зовнішня мембрана віріона після лектин-вуглеводного впізнавання зливається з мембраною мікроворсинок, і віруси з внутрішньою оболонкою (нуклеокапсиди) прослизають всередину мікроворсинок, а потім проникають в клітини кишечника і інших тканин і органів. З нуклеокапсида вивільняється ДНК, яка потім використовує генетичний апарат господаря для відтворення вірусу.

Застосування

В даний час на території РФ дозволені для застосування такі віруси комах:

  • Вірус гранульозу яблуневої плодожерки (препарат Фермовірин ЯП, сп)
  • Грануловирус Cydia pomonella (препарат Мадекс Твін, СК).

Токсикологічні характеристики

Теплокровний. Вірусні біопестициди мають специфічну токсикологічну активність по відношенню до цільових комах, безпечні для теплокровних, риб, птахів та інших корисних тварин.

У грунті. Вірусні біопестициди швидко піддаються біологічному розкладанню. Зазвичай вони більш сумісні з навколишнім середовищем, ніж хімічні пестициди.

Отримання

Застосування вірусних інфекцій, як і інших патогенів, пов'язане з необхідністю накопичення збудника. Як вже вказувалося, віруси можуть жити і розвиватися тільки в клітинах живих організмів.

В даний час відомі віруси, що існують у вигляді багатокомпонентних систем, в яких дві або більше різних частинки взаємодіють при реплікації вірусу. Модифікації вірусних частинок, що не знижують їх інфекційності, можуть мати місце в певному господарі або виникати в процесі виділення вірусу. Очищені вірусні препарати в більшості випадків являють собою суміш мутантів, навіть якщо батьківський штам переважає в препараті, або можуть містити неповні частинки, які не мають инфекционностью.

У деяких великих вірусів інфекційні частинки можуть бути самих різних розмірів. При лабораторних маніпуляціях з вірусами часто виявляються різні відхилення від дикого типу, і такі віруси позначають як «варіанти». На цій підставі прийнято вважати, що абсолютних критеріїв частоти вірусних препаратів не існує, а поняття чистоти і гомогенності є робочими термінами, визначеними самим вірусом і методами, застосовуваними для його виділення. Вірусний препарат може вважатися практично чистим, якщо наявні в ньому домішки сторонніх компонентів або мутантних частинок не впливають на досліджувані властивості або якщо можна врахувати цей вплив.

Описане становище істотно полегшує роботу, спрямовану на виявлення нових видів ентомопатогенних вірусів, так як комахи, загиблі від множинної інфекції, можуть тривалий час зберігатися в колекції і згодом бути джерелом виділення вірусних штамів, що володіють різними властивостями і патогенністю, в тому числі, і для інших видів комах.

Для вірусів комах, що використовуються в якості біологічних інсектицидів, повинні бути відомі наступні основні характеристики віріонів (вірусних частинок):

  • природа нуклеїнової кислоти (однонитчатая і двунітчатая) і її молекулярна вага,
  • симетрія капсида,
  • наявність оболонки у нуклеокапсида або її відсутність, розміри нуклеокапсида,
  • число капсомірів,
  • чи занурені віріони в кристалічний білковий матрикс і його характеристика,
  • чи мають віріони антигенні властивості,
  • чутливість до температури,
  • стійкість.

Повинно бути відомо, як відбувається реплікація вірусу: ушкоджуються клітини і природа цих ушкоджень, місце вірусної реплікації (цитоплазма або ядро), верхні і нижні температури розвитку. Повинні бути описані симптоми і діагноз хвороби, специфічність вірусу.

Розмножити віруси на штучних середовищах поки не вдається. У зв'язку з цим доводиться збирати у природних умовах трупи загиблих хворих комах і в лабораторних умовах заражати здорових комах. Іноді зараження проводиться в природі в місцях їх природного розмноження, а потім фахівці збирають хворих особин і трупи. Для зараження комах зазвичай обробляють корм раніше отриманим препаратом вірусу. Приготування препарату включає подрібнення (розтирання) трупів комах і подальшу фільтрацію рідини, а іноді і центрифугування. Фільтрація і центрифугування дозволяють отримати більш чистий і концентрований препарат.

При виготовленні суспензій для попередніх випробувань зазвичай обмежуються подрібненням загиблих комах. Препарати, отримані зазначеними методами, використовують для приготування водних суспензій або дустів з будь-яким інертним наповнювачем.

Джерело: 
www.pesticidy.ru.

Діючи речовини групи "Віруси комах"

Діюча речовинаПрепаратів
Cydia pomonella1