Paul Nelson jest przyzwyczajony do walki z inwazyjną muszką owocową zwaną plamistą drosofilą, szkodnikiem, który w ciągu jednego roku zniszczył ponad połowę jagód na farmie w Minnesocie, którą on i jego zespół prowadzą. W ostatnich latach ograniczyli straty do 5%, ale było to pracochłonne i kosztowne.

„To szkodnik, który jeśli nie chcesz poświęcić mu czasu, przejmie twoją farmę” – powiedział Nelson, główny hodowca w Untiedt’s, firmie zajmującej się warzywami i owocami, położonej około godziny na zachód od Minneapolis.

Nelson i inni hodowcy mogą pewnego dnia otrzymać nowe narzędzie w wyniku badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej nad owadami, które niszczą jagody, składając w nich jaja i szacuje się, że kosztują hodowców setki milionów dolarów rocznie. Naukowcy, korzystając z koncepcji zwanej „napędem genowym”, manipulowali DNA owadów, aby potomstwo płci żeńskiej było bezpłodne, a metoda, którą zastosowali, aby to osiągnąć, znacznie zmniejszyła szansę na odrodzenie się populacji.

Naukowcy, których praca została niedawno opublikowana w Proceedings of the National Academy of Sciences, stwierdzili, że jeśli skrzyżują jedną ze zmodyfikowanych much z niezmodyfikowaną muchą, nawet 99% potomstwa odziedziczy cechę bezpłodności. Użyli modelowania matematycznego, aby wykazać, że jeśli wypuściliby jedną zmodyfikowaną muszkę owocową na cztery, które nie były, i robili to co dwa tygodnie, mogliby załamać populację w ciągu około pięciu miesięcy.

Modyfikowanie genetyczne owadów jako forma zwalczania szkodników nie jest nowym pomysłem. Naukowcy wypuścili już na przykład genetycznie zmodyfikowane komary, które łączą się w pary z rodzimą populacją, aby wydać potomstwo, które umiera przed osiągnięciem dorosłości, aby powstrzymać populacje i pomóc w zwalczaniu rozprzestrzeniania się chorób przenoszonych przez owady, takich jak żółta febra, denga i wirusy Zika. Ale technologia nie rozwinęła się tak szeroko w rolnictwie, ponieważ pestycydy były tańsze i łatwiejsze do zastosowania.

Max Scott, profesor entomologii i współautor artykułu, powiedział, że niektóre metody uwalniania genetycznie zmodyfikowanych owadów w celu ograniczenia populacji byłyby drogie, gdyby były stosowane na dużą skalę, ponieważ trzeba to robić wielokrotnie, zanim szkodniki zostaną wytarte na zewnątrz. Ale powiedział, że metoda jego zespołu, która opiera się na napędzie genów, szybciej ułatwia rozprzestrzenianie się bezpłodności w kolejnych pokoleniach, a to może oznaczać mniejszą liczbę przypadków, w których zmodyfikowane błędy muszą zostać uwolnione.

„Jesteśmy tym bardzo podekscytowani” – powiedział Scott. „System działa naprawdę wydajnie”.

Jeśli proces genetyczny naukowców zadziała w terenie, może być ważnym dodatkiem do arsenału rolników technik ochrony przed szkodnikami, które mogą zniszczyć 20-30% plonów malin nawet po zastosowaniu pestycydów, powiedział Bill Hutchison, profesor i entomolog z University of Minnesota. Dodał, że walka ze szkodnikami nasila się wraz ze zmianami klimatycznymi, ponieważ cieplejsze zimy pozwalają gatunkom inwazyjnym, takim jak drosophila cętkowana, lepiej przetrwać zimę i rozszerzyć swój zasięg na zimowanie na północy.

W Untiedt’s Nelson powiedział, że zauważył cieplejsze zimy i wcześniejsze wiosny. Wciąż czeka na pierwsze w tym roku muszki owocówki, ale co roku przybywają one wcześniej na około 35 akrów truskawek, malin i pomidorów na farmie, powiedział.

„Przez lata mówili nam, że nigdy nie zobaczysz (cętkowanej drozofili) w swoich czerwcowych truskawkach, ponieważ są one zrobione za wcześnie. To nieprawda. Znaleźliśmy je w naszych czerwcowych truskawkach” – powiedział .

Aby zwalczyć szkodniki, Nelson i jego zespół użyli pestycydów i pułapek oraz spędzili dużo czasu na szukaniu małych robaków. Hutchison powiedział, że niektórzy rolnicy używają wentylowanych siatek lub plastiku, które skutecznie tworzą rodzaj szklarni nad ich owocami. Ale wszystkie te metody mają wady. Pestycydy mogą zabijać pożyteczne owady, a opryski mogą wymagać od rolników, którzy pozwalają ludziom zbierać własne jagody, wstrzymania działalności na kilka dni. Siatki mogą być trudne do ustawienia, a plastikowe osłony mogą przegrzewać uprawy.

Luciano Matzkin, profesor entomologii na Uniwersytecie w Arizonie, bada drozofile i inne gatunki szkodników z myślą o rolnictwie. Matzkin, który nie brał udziału w badaniu, powiedział, że skupienie się zespołu Scotta na powstrzymaniu szkodnika poprzez sterylizację samic rozwiązało problem, który czasami pojawia się w technologii napędu genowego – że szczęśliwa mutacja genu może powstać i zostać przekazana, opierając się temu, na co mieli nadzieję naukowcy osiągnąć.

Lyric Bartholomay, profesor w Szkole Medycyny Weterynaryjnej na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, który bada zintegrowaną ochronę przed szkodnikami i entomologię zdrowia publicznego, który nie brał udziału w badaniu, powiedział, że w przyszłości konieczne będzie „coraz bardziej dostosowane podejście genetyczne”, aby chronić upraw i ludzi przed szkodnikami, zwłaszcza w obliczu wzrastającej odporności na insektycydy.

Badania są oddalone o wiele lat od praktycznego zastosowania. Scott i jego zespół przechodzą do kolejnych prób laboratoryjnych, aby sprawdzić, czy ich modelowanie matematyczne jest poprawne, a następnie przechodzą przez proces regulacyjny przed przejściem do prób terenowych. Potrzebne będą również dalsze badania, aby wziąć pod uwagę czynniki, takie jak regionalne zróżnicowanie genetyczne w obrębie tego samego gatunku i ekologiczny wpływ interakcji z innymi gatunkami, co podkreślili zarówno Scott, jak i Matzkin.

Matzkin powiedział, że jeśli nie ma negatywnych zagrożeń dla środowiska, „skuteczne podejście do kontroli biologicznej jest zawsze lepsze” od pestycydów, które mają znaczące konsekwencje dla środowiska i własne koszty. Dlatego, jak mówi, wydziały entomologii w całym kraju badają biologię i ekologię owadów w tym samym czasie, gdy inni badacze pracują nad transgenicznymi podejściami do kontroli populacji w szerokim zakresie szkodników.

W międzyczasie Nelson będzie czekał, aby zobaczyć, czy pojawią się nowe rozwiązania, które pomogą mu w walce ze szkodnikami. Prowadzi farmę ze swoim 24-letnim synem i mówi, że martwi się o przyszłość.

„Wszyscy eksperci powiedzą nam, co się dzieje. Ale kiedy uprawiamy ziemię, patrzymy na to, jak to zmieni sytuację dla następnego pokolenia?” on zapytał. „Jeśli stracimy sprzedaż na naszych uprawach jagód, będzie to bardzo duża sprawa dla naszego gospodarstwa”.