Raffinering af pesticider for at dræbe skadedyr, ikke bier

Pyrethroide pesticider er effektive. Nogle gange for effektivt.

Forskere ved Michigan State Universitys entomologiske afdeling har låst en nøgle op for at bevare insekticidets effektivitet til at eliminere skadedyr uden at dræbe gavnlige insekter, såsom bier. Studiet, omtalt i det aktuelle nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences , viser, at molekylære tweaks kan gøre forskellen.

Pyrethroider målretter mod den spændingsstyrede natriumkanal, et protein, der findes i nerve- og muskelceller, der bruges til hurtig elektrisk signalering. Pyrethroider virker grundlæggende ved at binde sig til natriumkanalens spændingsport og forhindre den i at lukke. Nervesystemet bliver overstimuleret, og insektet bliver dræbt. Disse pesticider, imidlertid, ikke har samme effekt på mennesker, eller andre pattedyr for den sags skyld.

Ke Dong, MSU insekt toksikolog og neurobiolog og medforfatter til papiret, finpudset på et enkelt protein, der kunne give humlebier samme modstand som mennesker - tau-fluvalinat, et pyrethroid insekticid. Dong arbejdede med Shaoying Wu, hovedforfatter fra Henan Agricultural University (Kina), som udførte forskningen i Dongs laboratorium som gæsteforsker.

"For første gang viser vi, at unikke strukturelle egenskaber i biens natriumkanaler interfererer med bindingen af ​​tau-fluvalinat til humlebiens natriumkanaler, " sagde Dong. "Dette åbner muligheden for at designe nye kemikalier, der retter sig mod natriumkanaler fra skadedyr, men skåner bier."

Natriumkanaler er store transmembrane proteiner på mere end 2, 000 aminosyrerester. Dongs laboratorium brugte mange år på at optrevle dette banebrydende fremskridt. Forskerne startede oprindeligt med natriumkanaler fra andre insekter, såsom myg, banan fluer, kakerlakker, mider og flåter, for at finde ud af, hvor pyrethroider binder på insekternes natriumkanaler for effektivt at dræbe dem. De fik lidt hjælp fra naturen.

"Ved at undersøge vilde myg, der er blevet resistente over for pyrethroider, vi var i stand til at hjælpe med at indsnævre de potentielle websteder, som vi kunne fokusere på, " sagde Dong.

Specifikt, i en tidligere undersøgelse, Dong og teamet identificerede mutationer, der gjorde kanalerne mere modstandsdygtige over for pyrethroider. Arbejder med Boris Zhorov, en computermodelleringsekspert fra McMaster University i Canada, de identificerede to distinkte pyrethroidbindingssteder på insektsnatriumkanaler. De afdækkede også de molekylære forskelle mellem pattedyrs og insekters forskellige reaktioner på pyrethroider.

For den aktuelle undersøgelse, holdet fokuserede på en langvarig gåde om, at humlebier og honningbier er meget følsomme over for de fleste pyrethroider, men de var resistente over for tau-fluvalinat. I øjeblikket, tau-fluvalinat bruges i vid udstrækning til at bekæmpe skadedyr i landbruget og også varroamider, som er en af ​​de største trusler mod bier på verdensplan.

Til sidst, holdet opdagede, at kanalen er resistent over for tau-fluvalinat, men følsom over for andre pyrethroider. Yderligere mutationsanalyse og computermodellering viste, at specifikke aminosyrerester i humlebiens natriumkanaler er ansvarlige for den selektive toksicitet.

Fremtidig forskning vil undersøge natriumkanaler fra forskellige skadedyr og gavnlige insekter for at udforske funktionerne ved pyrethroidbindingssteder, som kunne danne grundlag for design af nye og selektive pesticider. Det vil også kaste lys over, hvordan skadedyr udvikler resistens over for insekticider over tid, og hvordan gavnlige insekter reagerer på dem i marken.