Ulepszyć owady.pdf

Ulepszy owady

Zmodyfikowane genetycznie owady mog¸yby ograniczy

wyst«powanie pewnych chorb zakanych, przynieæ korzyæci

rolnictwu i umoýliwi wytwarzanie udoskonalonych materia¸w

David A. OÕBrochta i Peter W. Atkinson

TRANSGENICZNYM OWADOM moýna nada nowe cechy, jak wida na przyk¸adzie przedstawionych

powyýej pi«ciu komarw. Normalne osobniki maj oczy, ktre wydaj si« czarne, co jest wynikiem obec-

noæci duýych iloæci czerwonego barwnika. Zmutowana wersja komara egipskiego ma bia¸e oczy z po-

wodu braku enzymu, hydroksylazy kinureniny, potrzebnego do syntezy czerwonego barwnika. Stan ten

moýe ulec zmianie wskutek wstawienia genu kodujcego ten enzym. W efekcie komary produkuj do-

stateczne iloæci barwnika, by mie rýowe oczy. Zmiany barwy oka wskazuj na moýliwoæ zastosowa-

nia technologii transgenicznych do stworzenia rasy niezdolnej do przenoszenia ý¸tej febry lub dengi.

66 å WIAT N AUKI Luty 1999

zapewne wraýenie, ýe ludzie s

dominujcym gatunkiem na Zie-

mi. Gdyby jednak zainteresowa¸ si« nie

poszczeglnymi gatunkami, ale wyý-

szymi jednostkami taksonomicznymi,

w jego raporcie na pierwszym miejscu

znalaz¸aby si« prawdopodobnie groma-

da owadw (Insecta). Dotychczas opi-

sano ponad milion gatunkw tych sta-

wonogw, co stanowi 5 / 6 wszystkich

gatunkw zwierzt. årednia masa owa-

dw przypadajca na kaýdy hektar po-

wierzchni ziemi w USA wynosi oko¸o

450 kg w porwnaniu z 15 kg biomasy

ludzi. Kiedy dochodzi do interakcji lu-

dzi z owadami, trudno okreæli jej skut-

ki gospodarcze, szczeglnie jeæli w tych

wzajemnych oddzia¸ywaniach uczest-

nicz takýe owady przenoszce choro-

by, przesdzajce cz«sto o naszym ýyciu

i æmierci.

Kilka gatunkw owadw, g¸wnie te,

ktre ýywi si« krwi, przyczynia si«

do rozprzestrzeniania powaýnych cho-

rb ludzkich, takich jak malaria, ý¸ta

febra, trypanosomatozy i denga, oraz

pewnych chorb byd¸a. Sama tylko

malaria jest odpowiedzialna za 300Ð

500 mln przypadkw klinicznych rocz-

nie i 1.5Ð2.7 mln zgonw. Co rok na ý¸-

t febr« zapada oko¸o 200 tys. osb, spo-

ærd ktrych 30 tys. umiera; na deng«

prawie 50 mln Ð nie leczona powoduje

æmier 15% chorych. W wielu krajach

rozwijajcych si« duý rol« w przeno-

szeniu wprawdzie nie æmiertelnych, ale

znacznie wyniszczajcych organizm

chorb, takich jak dyzenteria, mog od-

grywa owady, m.in. mucha domowa.

Wysi¸ki instytucji zdrowia publiczne-

go w zwalczaniu chorb przenoszonych

przez owady ogranicza¸y si« do trzech

podstawowych dzia¸aÄ: ca¸kowitego wy-

eliminowania owada z danego teryto-

rium, stosowania ærodkw owadobj-

czych i moskitier w celu ograniczenia

kontaktu z owadami oraz opracowania

szczepionek. Pierwsze przedsi«wzi«cie

by¸o na niektrych obszarach skutecz-

ne [patrz: Kenneth R. Foster, Mary F.

Jenkins i Anna Coxe Toogood, ãEpide-

mia ý¸tej febry w Filadelfii w roku

1793Ó; åwiat Nauki , padziernik 1998].

Zmniejszenie stycznoæci z owadami

przynios¸o jednak niewielkie efekty.

Opracowanie szczepionek nadal napoty-

ka trudnoæci; æwiat cigle czeka m.in. na

skuteczn i niezbyt drog szczepionk«

przeciw malarii.

Innym sposobem przeci«cia tego w«-

z¸a gordyjskiego by¸oby uniemoýliwie-

nie przenoszenia chorb przez owady.

Samo ich ukszenie nie jest na og¸ dla

wi«kszoæci osb grone; winowajcy to

patogenne wirusy, pierwotniaki i fila-

rie (rodzaj pasoýytniczych nicieni), kt-

re s przez nie przenoszone. W latach

szeædziesitych Chris F. Curtis z Lon-

don School of Hygiene and Tropical Me-

dicine zasugerowa¸, ýe malari« moýna

by zwalczy, gdyby uda¸o si« genetycz-

nie przekszta¸ci jej nosiciela, komara

z rodzaju Anopheles , w posta niezdol-

n do przenoszenia zarodca (Plasmo-

dium) odpowiedzialnego za t« niezwyk-

le gron chorob«.

Przez dziesitki lat nie by¸o moýliwe

urzeczywistnienie pomys¸u Curtisa.

Niebawem jednak stanie si« to prawdo-

podobnie realne dzi«ki nowym techni-

kom genetycznym. Materia¸ genetycz-

ny jednego gatunku na sta¸e w¸czony

do DNA osobnikw innego gatunku na-

daje im nowe cechy. Powsta¸e w ten

sposb roæliny lub zwierz«ta zawiera-

jce nowy DNA nosz nazw« organi-

zmw transgenicznych.

Poszukiwanie sposobw uczynienia

odpowiednich gatunkw komarw i in-

nych owadw niezdolnymi do przeno-

szenia chorb stanowi przedmiot badaÄ

intensywnie rozwijajcej si« obecnie

dziedziny nauki. Transgeniczne owady

przynios korzyæ nie tylko medycynie.

Dzi«ki wstawieniu odpowiednich ge-

nw do genomw krw i owiec otrzy-

mano juý zwierz«ta produkujce mle-

ko zawierajce leki. Zastosowanie inýy-

nierii genetycznej wobec owadw moýe

zasadniczo zmieni rolnictwo i procesy

syntezy pewnych zwizkw.

OWOCANKA POüUDNIîWKA siada na

ziarnie kawy. Ochrona plonw jest bodcem

do tworzenia transgenicznych owadw. Me-

tody biologicznego zwalczania tej muchw-

ki, wyrzdzajcej znaczne szkody w rol-

nictwie, przyczyni si« do zaoszcz«dzenia

miliardw dolarw rocznie na ca¸ym æwiecie.

Transpozon, ktry badali naukowcy

z Carnegie, pochodzi¸ z genomu wywilý-

ny kar¸wki (Drosophila melanogaster) ,

zwanej popularnie muszk owocow

i b«dcej podstawowym obiektem badaÄ

laboratoryjnych. Owad ten wyrzdza¸

niewiele szkd, odegra¸ natomiast istot-

n rol« w badaniach genetycznych w

cigu ostatnich 70 lat. Znajc zdolnoæ

transpozonu do w¸czania si« w chromo-

somy, Rubin i Spradling wpadli na pro-

sty i inteligentny pomys¸ przyczepienia

do niego genu, ktry wprowadzili do

muszki. W ten sposb zmieniony trans-

pozon rzeczywiæcie wbudowa¸ si« do

chromosomu, dajc transgeniczn D.

melanogaster . Sukces ich prostej metody

zrewolucjonizowa¸ badania nad genety-

k i biologi tego gatunku.

Transpozon Drosophila zwany elemen-

tem P zosta¸ odkryty w latach siedem-

dziesitych, gdy genetycy zauwaýyli za-

dziwiajce zjawisko. Potomstwo samcw

pewnych populacji z samicami innych

populacji mia¸o liczne zaburzenia gene-

tyczne Ð mutacje, p«kni«te chromosomy

i wady rozwojowe. Poniewaý stwierdzo-

no, ýe odpowiedzialne za to mechani-

zmy pochodz wy¸cznie od ojca, okre-

ælono je jako czynnik P (od paternal Ð

ojcowski). Pniej wykazano, ýe jest to

transpozon; czynnik P, najbardziej inte-

resujcy genetykw, nazwano elemen-

tem P. Jest on bezcenny w badaniach nad

D. melanogaster , umoýliwiajc analiz« po-

szczeglnych genw i ich dzia¸ania.

Niestety, doæwiadczenia przeprowa-

dzone w 1986 roku przez jednego z nas

(OÕBrocht«) i Alfreda M. Handlera z De-

partamentu Rolnictwa w Gainesville

(Floryda), wykaza¸y, ýe oprcz przy-

datnoæci w podstawowych badaniach

genetycznych dotyczcych D. melano-

gaster element P ma ma¸e znaczenie

praktyczne Ð nie wbudowuje si« ¸atwo

do chromosomw innych gatunkw.

Badania te zwrci¸y jednak uwag« na-

ukowcw na inne transpozony i nasun«-

Skaczce geny toruj drog«

Pocztki badaÄ nad owadami trans-

genicznymi si«gaj lat szeædziesitych;

bodcem by¸o raczej udoskonalenie

analizy genw niý ich wykorzystanie

pozalaboratoryjne. Wi«kszoæ wczes-

nych prb zmiany genomu polega¸a

na wstrzykiwaniu DNA do jaja lub

kpaniu go w tym zwizku. ûadna z

owych technik nigdy nie sta¸a si« po-

wszechnie stosowan metod produkcji

transgenicznych owadw.

Prze¸om w badaniach genetycznych

nastpi¸ na pocztku lat osiemdziesi-

tych; przynios¸y go prace nad owadami

Geralda M. Rubina i Alana C. Spradlinga

z Carnegie Institution w Waszyngtonie.

Badali oni fascynujce jednostki gene-

tyczne zwane transpozonami. Te osobli-

we fragmenty DNA potrafi si« wycina

i wielokrotnie wbudowywa do rýnych

chromosomw. Ze wzgl«du na swoje

w¸aæciwoæci zyska¸y sobie takýe miano

skaczcych genw. Genetyk Barbara

McClintock w latach czterdziestych od-

kry¸a transpozony w kukurydzy. Za swo-

je donios¸e odkrycie otrzyma¸a w 1983

roku Nagrod« Nobla.

å WIAT N AUKI Luty 1999 67

P rzybysz z innej planety odnis¸by

¸y im odmienne rozwizania. Ostatnio

zacz«to odkrywa metody uzyskiwania

transgenicznych owadw waýniejszych

gatunkw.

Zdanie sobie sprawy, ýe element P b«-

dzie przydatny tylko w przypadku D.

melanogaster , spowodowa¸o poszukiwania

transpozonw funkcjonujcych rwnieý

w innych gatunkach. Podstawowym pro-

blemem by¸ wybr najbardziej obiecuj-

cych. Wi«kszoæ naukowcw trzyma¸a

si« znanych elementw i szuka¸a trans-

pozonw podobnych do elementu P

(zwanych transpozonami o krtkich od-

wrconych powtarzajcych si« sekwen-

cjach). Nasze laboratorium opracowa¸o

sposoby szybkiego stwierdzenia, czy da-

ny transpozon potrafi wbudowa si« do

DNA owada wybranego gatunku, co

przyspieszy¸o ca¸y proces oceny i opra-

cowania wektorw. Wczesne prby z

transpozonami o budowie podobnej do

elementu P wypad¸y zach«cajco.

W 1995 roku Charalambos Savakis i je-

go koledzy z Instytutu Biologii Moleku-

larnej i Biotechnologii na Krecie uzyska-

li transpozon zwany Minos , wyizolowa-

ny z D. hydei . Wprowadzajc nowy gen

do owocanki po¸udniwki (Ceratitis capi-

tata) za pomoc Minos , otrzymali trans-

TRANSGENICZNEJ OWOCANCE POüUDNIîWCE przywrcono naturalny kolor jej

oczu. Bia¸ookie mutanty produkuj czerwony barwnik, ale nie potrafi go transportowa

do oka. Czerwonooka owocanka po¸udniwka (z lewej) jest owadem transgenicznym, kt-

ry otrzyma¸ transpozon piggyBac, zawierajcy normaln kopi« genu umoýliwiajc trans-

port pigmentu do oka.

geniczn wersj« tego owada. W wyniku

transformacji mucha o bezbarwnych

oczach przekszta¸ci¸a si« w much« z ule-

gajcym ekspresji genem czerwonych

oczu (w jakimæ sensie by¸a to terapia ge-

nowa). Nast«pnie Handler i jego wsp¸-

pracownicy, stosujc transpozon piggy-

Bac pochodzcy od b¸yszczki ni (Tricho-

plusia ni) , z powodzeniem transformo-

wali owocank« po¸udniwk« z bezbarw-

nymi oczami i uzyskali formy z oczami

barwnymi. Oczywiæcie zmiana barwy

oczu owada nie jest istotna gospodarczo,

ale te prze¸omowe doæwiadczenia wska-

zuj na moýliwoæ tworzenia owadw

transgenicznych majcych naprawd«

waýne geny.

Przesz¸o rok temu naukowcy donieæ-

li o dwch odr«bnych transformacjach

u komara egipskiego (Aedes aegypti) , kt-

ry przenosi ý¸t febr« i deng«. Udana

manipulacja w genomie tego szkodliwe-

go owada stwarza nadziej«, ýe niebawem

w gatunek zostanie przekszta¸cony

w form«, ktra nie bierze udzia¸u w prze-

noszeniu chorb. Pocztkowo Anthony

A. James i jego koledzy z University of

California w Irvine zmienili komara egip-

skiego za pomoc transpozonu zwane-

go Hermes , wyizolowanego z muchy do-

mowej. Transpozon ten zosta¸ pierwotnie

otrzymany w naszym laboratorium.

(W odrýnieniu od elementu P Hermes

wydaje si« odpowiednim noænikiem do

tworzenia owadw transgenicznych, po-

czynajc od ciem, a na komarach koÄ-

czc. Prowadzone prace pomog zapew-

ne w przysz¸oæci zrozumie biochemiczne

zasady przemieszczania si« transpozo-

nw.) James i jego grupa badawcza wpro-

wadzili nast«pnie do komara egipskiego

transpozon zwany mariner , pochodzcy

z D. mauritiana . I tym razem uzyskano

zmian« barwy oka.

W badaniach b«dcych kontynuacj

wczeæniejszych prac Barry J. Beaty i je-

go wsp¸pracownicy z Colorado State

University wykazali, ýe jest moýliwe

uczynienie komara egipskiego niezdol-

nym do przenoszenia chorb. Jednym

ze sposobw sprawienia, by gospodarz

wyraýa¸ cech« uwarunkowan przez

gen, ktrego zazwyczaj nie ma, jest za-

kaýenie go wirusem nioscym now sek-

wencj« DNA. Grupa BeatyÕego zainfe-

kowa¸a komary niepatogennym wiru-

sem, ktry zawiera¸ gen zapobiegajcy

namnaýaniu si« wirusa dengi w gruczo-

¸ach ælinowych jego gospodarza. Zaka-

ýenie to hamuje dalsz transmisj«.

Badania BeatyÕego wskazuj, ýe moý-

na stworzy owada niezdolnego do prze-

noszenia chorb, nie ma zatem teoretycz-

nie barier uniemoýliwiajcych uzyskanie

takiego osobnika przez insercj« genetycz-

n. Pozostaje jednak powaýny problem.

Czekanie, aý transgeniczny owad przeka-

ýe swj nowy gen bardzo licznemu po-

tomstwu zgodnie z prawami Mendla Ð

tzn. gdy rodzic majcy jedn kopi« ge-

nu przekazuje go tylko po¸owie swego

potomstwa Ð moýe by doæ d¸ugie.

Bardziej praktyczny by¸by plan roz-

przestrzeniania si« zmiany genetycznej

wærd duýej liczby owadw w szyb-

szym tempie. Na szcz«æcie podstawo-

we metody szybkiego stworzenia ca¸ej

populacji owadw, z ktrych kaýdy ma

SAMIEC

SAMICA

ZAPüODNIONE

JAJO

HERMES

DNA

GOSPODARZA

HERMES

JAJO TRANSGENICZNE

NIE ZMIENIONE JAJO

TWORZENIE TRANSGENICZNYCH OWADîW wymaga wstawienia genu (niebieski)

przenoszonego przez transpozon (czerwony), na przyk¸ad Hermes , do zap¸odnionego jaja

(1) . Nowy materia¸ genetyczny jest umieszczany w nukleoplazmie biegunowej (2) , cz«æci

jaja, z ktrej powstaj nast«pnie komrki jajowe przysz¸ej dojrza¸ej samicy. Po licznych po-

dzia¸ach materia¸u jdrowego (3) jego wi«kszoæ w«druje ku obwodowi, gdzie stanie si«

jdrami komrek cia¸a owada; jednak dwa jdra migruj ku biegunowi, aby zosta ko-

mrkami jajowymi owada (4) , gdy ten osignie dojrza¸oæ (5) . Jeæli komrki te wbudowa-

¸y nowy gen, potomstwo b«dzie transgeniczne (6) .

TRANSGENICZNY OWAD

NIE ZMIENIONY OWAD

68 å WIAT N AUKI Luty 1999

STANDARDOWA PRODUKCJA GAMET

PRODUKCJA GAMET Z TRANSPOZONAMI

istotny gen, wydaj si« dost«pne. I znw

pomocny jest transpozon.

Poniewaý transpozon moýe prze-

skakiwa na nowe chromosomy, jak

i tworzy liczne kopie, nie podlega on

dziedziczeniu zgodnie z prawami Men-

dla. W przypadku transformacji doko-

nanej przez naukowcw moýe dojæ do

umieszczenia pojedynczego transpozo-

nu, nioscego potrzebny gen, w geno-

mie docelowego zwierz«cia. Transpo-

zon w b«dzie wwczas czyni, co chce,

i rozprzestrzenia si« po genomie. Gdy

tak si« dzieje, ponad po¸owa potomstwa

dziedziczy ten fragment DNA. W cigu

stosunkowo krtkiego czasu, zaledwie

kilku pokoleÄ owadw, wi«kszoæ po-

pulacji posidzie poýdan cech«.

Ten typ rozprzestrzeniania genw

wyst«puje takýe w warunkach natural-

nych. Element P wydaje si« nowym do-

datkiem do genomu D. melanogaster , naj-

prawdopodobniej przeskoczy¸ on z

D. willistoni nie wi«cej niý sto lat temu.

Inne metody mog by rwnieý sku-

teczne w uzyskaniu gatunkw transge-

nicznych. Terapia genowa u ludzi jest

cz«æciowo oparta na unikalnych syste-

mach (pochodzcych od retrowirusw,

ale juý nie zakanych), ktre potrafi

w¸cza geny do genomu nowego go-

spodarza. (Jest to prawdziwa transfor-

macja transgeniczna w odrýnieniu od

zastosowanej przez BeatyÕego Ð wirusy

po prostu zakaýaj pojedynczy orga-

nizm, ktry odtd wytwarza produkt

jego genu.) Te okaleczone wektory wi-

rusowe, znane jako pantropowe pseu-

dotypowe retrowirusy, mog oddzia¸y-

wa praktycznie z kaýd komrk

dowolnego organizmu. Niedawno uýy-

to ich do uzyskania transgenicznych ryb

i ma¸ýy; z powodzeniem wprowadza¸y

takýe materia¸ genetyczny do hodowa-

nych komrek komarw. Mog one

wi«c okaza si« uýyteczne w odniesieniu

do wszystkich owadw.

Poniewaý celem jest zmiana fenoty-

pu owada Ð zespo¸u cech wyraýanych

przez jego genotyp Ð wi«kszoæ na-

ukowcw skupi¸a si« zatem na sposo-

bach w¸czania obcego materia¸u gene-

tycznego do chromosomw komrek

owada-gospodarza. Ale Frank F. Ri-

chards i jego koledzy z Yale Universi-

ty opracowuj odmienn technik«, kt-

ra uszkadza raczej pasaýera niý statek.

Poniewaý prawie wszystkie mikroor-

ganizmy s przenoszone przez owady

albo jako bierni goæcie, albo jako czyn-

ni osadnicy, Richards liczy na transfor-

macj« tych pierwszych. Owady, ktre

przenosz mikroorganizmy zrekombi-

nowane, nazywane s paratransgenicz-

nymi, gdyý ich genomy pozostaj nie

zmienione.

DZIEDZICZENIE NIEMENDLOWSKIE jest jedn z dodatkowych korzyæci stosowania

transpozonw. Podczas zwyk¸ej produkcji gamet (z lewej) interesujcy gen pojawia si«

u po¸owy gamet i jest na og¸ przekazywany po¸owie potomstwa. Transpozony natomiast

powielaj si« i przeskakuj na inne chromosomy. Mog wi«c wystpi w ponad po¸owie

gamet i u wi«cej niý po¸owy osobnikw nast«pnego pokolenia.

Richards i Charles B. Beard z Centers

for Disease Control and Prevention

stworzyli paratransgeniczne ýywice si«

krwi pluskwiaki z rodzaju Triatoma ,

ktre nie s juý zdolne do przenoszenia

æwidrowca (Trypanosoma cruzi) odpo-

wiedzialnego za chorob« Chagasa (cier-

pi na ni oko¸o 18 mln mieszkaÄcw

Ameryki Po¸udniowej). Objawami jej s

arytmia, niewydolnoæ mi«ænia serco-

wego, zaburzenia uk¸adu pokarmowe-

go i nerwowego. Naukowcy wyizolo-

wali z tych pluskwiakw symbiotyczne

bakterie i genetycznie je zmienili, aby

wydziela¸y bia¸ko, ktre zabija wsp¸-

towarzyszy podrýy Ð æwidrowce. Na-

st«pnie z powrotem umieæcili te bakte-

rie w pluskwiakach, ktre dzi«ki temu

przesta¸y s¸uýy jako gospodarze cho-

robotwrczych pierwotniakw. Gene-

tycznie zmodyfikowane symbionty z po-

wodzeniem rozprzestrzeni¸y si« wærd

umieszczonej w klatce populacji owa-

dw, przekszta¸cajc je z przenosicieli

strasznej choroby w zwyk¸e szkodniki.

czterdziestych przez Amerykanina

Edwarda F. Kniplinga i Rosjanina Alek-

sandra S. Serebrowskiego. Zapropono-

wali oni niezaleýnie ãzalanieÓ populacji

szkodnikw bezp¸odnymi osobnikami

tego samego gatunku, wskutek czego

u wi«kszoæci samic nie dosz¸oby do za-

p¸odnienia. Propozycja Serebrowskiego

nie by¸a znana na Zachodzie do 1968 ro-

ku, a wi«c do czasu, gdy zosta¸a ponow-

nie odkryta przez naukowcw, w szcze-

glnoæci przez Curtisa. Dziæ metod« t«

okreæla si« mianem techniki bezp¸od-

nych owadw (sterile insect technique

Ð SIT). Cykliczne wprowadzanie do po-

pulacji duýej liczby wysterylizowanych

owadw, uzyskanych zazwyczaj za po-

moc promieniowania jonizujcego, po-

zwala j unicestwi [ dolna ilustracja na

nast«pnej stronie ]. Zmieniony owad staje

si« w efekcie broni.

Dzi«ki zastosowaniu tej metody chro-

ni si« obecnie cz«æ gospodarki rolnej,

m.in. w USA, Meksyku, Gwatemali,

Chile, Argentynie, Japonii i Zanzibarze.

Strategia ta jest rwnie skuteczna w tak

rýnych miejscach, jak silnie zurbanizo-

wane okolice Los Angeles i tropikalny

Zanzibar: umoýliwia zwalczenie okre-

ælonego szkodnika bez niszczenia ota-

czajcego ærodowiska chemicznymi

ærodkami owadobjczymi.

Jednym z najwi«kszych osigni«

uzyskanych za pomoc SIT by¸o zwal-

czenie szkodliwych larw pewnych

muchwek z rodziny plujkowatych

najpierw w po¸udniowo-wschodnich

rejonach USA, a nast«pnie w latach sie-

demdziesitych w Meksyku. (Ma¸o kto

darzy sympati te owady. Sk¸adaj one

jaja w otwartych ranach byd¸a; wyl«g¸e

larwy rozwijaj si« w mi«æniach zwie-

rz«cia, w efekcie zjadajc swego gospo-

darza ýywcem.) Metoda ta zastosowana

Zastosowania w rolnictwie

Owady odgrywaj w agrokulturze du-

ý rol« Ð zarwno pozytywn, jak i ne-

gatywn. Wi«kszoæ gatunkw jest po-

ýytecznych, wr«cz niezb«dnych. Na przy-

k¸ad pszczo¸y zapylaj kwiaty, przyno-

szc w USA zyski w wysokoæci 10 mld

dolarw. Niezliczone inne gatunki bio-

r udzia¸ w obiegu materii w przyrodzie,

przyczyniajc si« do utrzymania wyso-

kiej ýyznoæci gleby. Niewielka cz«æ

owadw wsp¸zawodniczy jednak z na-

mi o pokarm. Od pocztkw rolnictwa

szkodniki te cigle zagraýaj plonom.

Koncepcja zastosowania genetyki do

zwalczania szkodliwych owadw zosta-

¸a po raz pierwszy wysuni«ta w latach

å WIAT N AUKI Luty 1999 69

LARWY OWOCANKI POüUDNIîWKI

(jedna z nich jest w¸aænie zdejmowana z pa-

pai) potrafi zniszczy cenne plony. Jadal-

ny miýsz tego owocu Ð z prawej strony czar-

nych nasion Ð zosta¸ uszkodzony wskutek

ýerowania larw. Genetyczne metody walki

z tym szkodnikiem mog zapobiec stratom.

W OLBRZYMICH KLATKACH hodowane s setki tysi«cy owocanek po¸udniwek po-

trzebnych do genetycznych metod zwalczania tego szkodnika.

ostatnio z powodzeniem przeciw bu-

dzcej l«k w rejonie Los Angeles owo-

cance po¸udniwce przynios¸a wymier-

ne korzyæci gospodarcze: cig¸e masowe

pojawy tej muchwki kosztowa¸yby Ka-

liforni« oko¸o 1.5 mld dolarw rocznie.

SIT moýna stosowa w tradycyjnych

programach hodowlanych, opartych na

krzyýowaniu i doborze odpowiednich

do zamierzonego celu osobnikw. Uzy-

skano na przyk¸ad ras« owocanki po¸u-

dniwki, u ktrej jest moýliwe zabicie

wszystkich zarodkw samic w wysokiej

temperaturze. Rasa ta pozwoli entomo-

logom na masow produkcj«, steryliza-

cj« i wypuszczanie wy¸cznie samcw.

Wyeliminowanie samic czyni metod« SIT

bardziej skuteczn. Produkcja takich ras

jest jednak trudna i czasoch¸onna.

Dzi«ki inýynierii genetycznej powin-

no sta si« moýliwe stworzenie ras trans-

genicznych owadw, w ktrych tylko

samice nios letalne geny. Te zabjcze

odcinki DNA ulega¸yby ekspresji w spe-

cyficznych warunkach, takich jak wzrost

temperatury.

Technologia transgeniczna moýe przy-

czyni si« takýe do mniejszego zuýycia

chemicznych ærodkw owadobjczych.

Obecnie stosuje si« je w ponad 900 tys.

farm amerykaÄskich, co nie jest korzyst-

ne. Dos¸owne kpanie w nich owadw

sta¸o si« w istocie powodem pojawienia

si« opornoæci na te ærodki. Co najmniej

183 gatunki szkodliwych w USA owa-

dw i paj«czakw naby¸o opornoæ na je-

den lub wi«cej insektycydw. Ponadto

akumulacja chemicznych ærodkw owa-

dobjczych i ich toksycznych produktw

rozk¸adu w naszym pokarmie, wodzie,

glebie i materia¸ach stwarza powaýny

problem zdrowotny. Biolodzy maj wi«c

nadziej«, ýe transgeniczne owady przy-

czyni si« do skutecznego zwalczania

swych szkodliwych pobratymcw.

Jednym z podstawowych przeciw-

skazaÄ do stosowania ærodkw owado-

bjczych jest to, ýe s zbyt ma¸o wybir-

cze i zabijaj rwnieý wiele owadw

poýytecznych. Dlatego teý mog dopro-

wadzi do wygini«cia miejscowych dra-

pieýcw i parazytoidw*, dajc szans«

rozwoju drugorz«dnym poprzednio ga-

tunkom szkodnikw. Technologia trans-

geniczna zapewne pozwoli rolnikom w

znacznej mierze ograniczy stosowanie

insektycydw.

Obecnie upraw« spryskuje si« ca¸ ga-

m rýnorodnych chemikaliw, z kt-

rych kaýde moýe zabi szkodniki nale-

ýce do jednego gatunku lub wi«kszej

ich liczby. Niestety, zwizki te cz«sto

niszcz teý zwierz«ta poýyteczne. Na

przyk¸ad pewne roztocze atakuj drze-

wa migda¸owe w Kalifornii. Jednym

z rozwizaÄ jest stosowanie przeciwko

nim odpowiedniego akarycydu. Inny

sposb to wypuszczenie drapieýnego

roztocza, ktry zabija¸by szkodliwe. Na

drzewach tych ýeruj jednak takýe

chrzszcze i my, a wi«c wykonuje si«

opryski rwnieý przeciwko tym szkod-

nikom. W efekcie jeden z pestycydw

zabija drapieýnego roztocza, ktry uwol-

ni¸by drzewo od innych gatunkw nie-

poýdanych roztoczy. Transgeniczny po-

ýyteczny roztocz zdo¸a¸by oprze si«

ærodkom owadobjczym uýywanym

przeciw chrzszczom i mom, co pozwo-

li¸oby rolnikom zmniejszy iloæ chemi-

kaliw stosowanych do ochrony plonw.

Oczywiæcie sztuczna selekcja wrogw

naturalnych opornych na pestycydy jest

rutynowo prowadzona w laboratoriach

za pomoc konwencjonalnych technik

hodowlanych. Brian A. Croft i jego ko-

ledzy z University of California w Ri-

verside z dobrym skutkiem wprowa-

dzili oporne na insektycydy drapieýne

roztocze otrzymane w stanie Waszyng-

ton do sadw w po¸udniowej Kalifor-

nii. Marjorie A. Hoy, pracujca obecnie

w University of Florida, opracowa¸a me-

tod«, ktra pozwoli¸a na wyselekcjono-

wanie drapieýnych stawonogw opor-

nych na pestycydy. Hoy i jej koledzy

uzyskali opornego na insektycydy dra-

pieýnego roztocza, ktry by¸ stosowa-

ny do ochrony migda¸owcw.

Tego typu badania prowadzone s

jednak na wielu pokoleniach owadw,

co moýe doprowadzi do spadku rý-

Wypuszczenie

9 mln

bezp¸odnych

owadw

DZIKA POPULACJA

LICZCA

MILION PüODNYCH

OWOCANEK

POüUDNIîWEK

STOSUNEK

BEZPüODNYCH

OWOCANEK

POüUDNIîWEK

DO DZIKO ûYJCYCH

Populacja

wyjæciowa

9:1

Wypuszczenie

kolejnych 9 mln

bezp¸odnych

owadw

Pokolenie 1

18 :1

Wypuszczenie

kolejnych 9 mln

bezp¸odnych

owadw

Pokolenie 2

68:1

Wypuszczenie

kolejnych 9 mln

bezp¸odnych

owadw

Pokolenie 3

942:1

Wypuszczenie

kolejnych 9 mln

bezp¸odnych

owadw

DZIKA

POPULACJA

WYT¢PIONA

180 000:1

TECHNIKA BEZPüODNYCH OWADîW

(SIT) moýe sta si« skuteczn broni prze-

ciw szkodnikom. Cykliczne wypuszczanie

wysterylizowanych owadw, w miar« moý-

liwoæci przede wszystkim samcw, powo-

duje, ýe staj si« one bardziej liczne niý

p¸odne osobniki tego samego gatunku,

wskutek czego u wi«kszoæci samic nie do-

chodzi do zap¸odnienia jaj. SIT moýna re-

alizowa takýe za pomoc tradycyjnych me-

tod hodowlanych, ale technologia transge-

niczna ma szans« j usprawni.

70 å WIAT N AUKI Luty 1999

Pokolenie 4

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: