ضارة ولكن أقل

اكتشف علماء معهد وايزمان مركبًا يجعل من الممكن التغلب على مقاومة الحشرات الضارة للمبيدات الحشرية

يتم رش المحاصيل الزراعية وحيوانات المزرعة في جميع أنحاء العالم بآلاف الأطنان من المبيدات الحشرية كل عام، وتتزايد هذه الكميات مع تطور مقاومة الآفات المختلفة لهذه المواد الكيميائية. اكتشف علماء معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع باحثين من أستراليا، طريقة للتغلب على نوع شائع من المقاومة للمبيدات الحشرية الشائعة. وقد تساعد النتائج، التي نشرت مؤخرا في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" (PNAS)، في تقليل استخدام المبيدات الحشرية بشكل كبير، وبالتالي تقليل تلوث البيئة بالمواد الكيميائية وتقليل تكاليف مكافحة الآفات. .

تعمل العديد من المبيدات الحشرية الشائعة بآلية مشابهة لغاز الأعصاب، أي عن طريق تعطيل وظيفة إنزيم الأسيتيل كولينستراز (AChE)، الذي يلعب دورًا مركزيًا في نقل الإشارات العصبية. وبناء على ذلك، فإن مقاومة الحشرات لهذه المبيدات عادة ما تنطوي على طفرة في أحد الإنزيمات من عائلة AChE.

إحدى الحشرات التي طورت مقاومة للمبيدات الحشرية هي ذبابة لوسيلا كوبرينا التي تؤذي الأغنام في أستراليا وتسبب أضرارًا بمئات الملايين من الدولارات كل عام. وتمكن البروفيسور كولين جاكسون من الجامعة الوطنية الأسترالية من فك بنية الإنزيم الذي يمنح في شكله المتحور مقاومة لهذه الذبابة. وكان الدكتور نير لندن، من قسم الكيمياء العضوية في معهد وايزمان للعلوم، حاضراً في محاضرة البروفيسور جاكسون حول هذا الموضوع، وبعدها خطرت في ذهنه فكرة حول كيفية التغلب على آلية المقاومة لدى الذبابة. ولهذا الغرض، استخدم الدكتور لندن خوارزمية طورها لاكتشاف الجزيئات الصغيرة التي تمنع نشاط إنزيم أو أي بروتين آخر عن طريق إنشاء رابطة قوية بشكل خاص مع موقعه النشط. قام الدكتور لندن وطالبه البحثي دانييل زيدمان بفحص حوالي 23 ألف مركب تجاري يشمل حمض البورونيك، الذي يرتبط بالمواقع النشطة للبروتينات من عائلة AChE. وباستخدام الخوارزمية، تنبأ الباحثون بالمركبات التي سترتبط بشكل أفضل بالإنزيم الذي يمنح الذبابة المقاومة، واختاروا خمسة من أكثر المركبات الواعدة.

قام الدكتور جيلان كوري من مختبر البروفيسور جاكسون باختبار جميع المركبات الخمسة المختارة، ووجد أنها منعت بشكل فعال الإنزيم الطافر. وعندما فك رموز البنية المكانية للمركبات بعد ارتباطها بالإنزيم، اكتشف أن الهياكل تطابق تنبؤات الخوارزمية بشكل شبه كامل. استخدم العلماء هذه الهياكل لتصميم مركبات إضافية وأكثر فعالية.

بعد ذلك، اختبر العلماء المركبات على ذباب مرحلة اليرقة، واكتشفوا أن أحد المركبات كان فعالًا بشكل خاص في القضاء على الديدان. عندما أضاف العلماء هذا المركب إلى مبيد حشري شائع، قفزت فعاليته خمسة أضعاف في الذباب غير المقاوم، وكانت النتائج أكثر إثارة للإعجاب في الذباب المقاوم: إن إضافة المركب إلى المبيد الحشري جعل من الممكن إبادة الذباب المقاوم باستخدام 16 مرة أقل. من المبلغ المعتاد. يقول الدكتور لندن: "في الواقع، قضى المركب على مقاومة الذباب".

وفي التجارب التي أجرتها شركة "Biotransfer" في فرنسا، تبين أيضا أن المركب فعال ضد حشرة المن Myzus persicae التي تدمر محاصيل البطاطس والخوخ. زاد المركب بشكل كبير من فعالية المبيد الحشري الشائع وساعد في التغلب على المقاومة التي طورتها حشرة المن.

وبما أن المركب لا يرتبط بإنزيم AChE لدى البشر، وفي التجارب المعملية لم يكن له أي تأثير تقريبًا - أو لا تأثير على الإطلاق - على الفئران والخلايا البشرية، حتى عند التركيزات العالية، يقدر الباحثون أن المركب ليس سامًا بالنسبة للإنسان. البشر والثدييات الأخرى. يقول الدكتور لندن: "لقد وجد أن نهجنا فعال ضد اثنتين من الآفات الزراعية، ولكنه قد يكون فعالاً في قتل العديد من الآفات الأخرى". "الشيء المهم هو أنه يجعل من الممكن تقليل استخدام المبيدات الحشرية بشكل كبير دون الإضرار بفعاليتها."

وشارك في الدراسة أيضًا البروفيسور ألون هارميلين من قسم الموارد البيطرية بالمعهد؛ الدكتورة سيلفيا كارفاليو من المركز الوطني الإسرائيلي للطب الشخصي الذي يحمل اسم نانسي وستيفن غراند؛ والدكتور بيتر مابيت من الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا؛ البروفيسور بيتر جيمس من جامعة كوينزلاند؛ والدكتور أندرو كوتز من CSIRO، هيئة البحوث العلمية والصناعية الأسترالية، في سانتا لوسيا، أستراليا؛ والدكتورة فيفيان كالورا من "BioTransfer" في مونتيري، فرنسا.

وبحسب منظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة، استخدم العالم في عام 2017 4,113,591 طنًا من المبيدات الحشرية.

للمادة العلمية