Вирусные болезни насекомых (вирозы)

Конец XIX века принес научному миру открытия вирусов. Это открытие сделал в 1892 году профессор ботаники Петербургского университета - Д.И. Ивановский. Он первым доказал, что вирусы способны к самовоспроизводству, обладают четко выраженными инфекционными и болезнетворными свойствами. Ученый несколько лет подряд изучал мозаичную болезнь, поразившую обширные плантации табака в Крыму. Исследования показали, что сок больных растений заразен, но его инфекционность теряется после кипячения. Возбудителя мозаичной болезни табака было невозможно рассмотреть в оптический микроскоп, но он мог проходить через мелкопористые бактериальные фильтры, задерживающие бактерии. С появлением электронного микроскопа вирусы стали доступны для зрения. Первые описания симптомов вирусных болезней насекомых на примере больных гусениц тутового шелкопряда относятся к середине XIX в. Однако еще в течение десятилетий вирусные заболевания смешивали с бактериальными, протозойными и др. Сейчас вирусы выделяют в самостоятельное царство Vira. Развитие биологического метода защиты обусловило расширение исследований вирусов насекомых, сейчас известно свыше 1200 возбудителей вирусных заболеваний различных видов [49].

Вирусы насекомых, или энтомопатогенные вирусы, это узкоспециализированная группа клеточных паразитов, приспособленных только к насекомым и обладающих рядом свойств, которые отличают их от остальных групп вирусов. Они безопасны для человека и сельскохозяйственных животных, не загрязняют окружающую среду.

Одно из важнейших свойств большинства вирусов насекомых – способность в процессе развития образовывать инклюзии (тельца-включения) в виде различной формы: полиэдры (многогранники), гранулы, сферические образования. Внутри инклюзий заключены сами вирусы, конечной стадией развития которых являются вирионы – носители инфекционного начала. Вирионы содержат генетический материал в виде нуклеиновых кислот ДНК или РНК и передают при размножении генетическую информацию новому поколению вирусов. Вирионы могут быть палочковидной, сферической, изометрической или прямоугольной формы, они окружены одной или двумя белковыми оболочками – капсидами. Форма вириона – один из критериев, который используется в классификации вирусов. Полиэдры и гранулы, в которых заключены вирионы, надежно защищают их от неблагоприятных факторов внешней среды и способствуют длительному сохранению и распространению вирусов. Местом локализации вирусов служат различные органы и ткани насекомого. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты вириона царство Vira делят на два подцарства: Deoxyvira, вирусы которого содержат. ДНК, и Ribovira – содержат РНК. В современной классификации энтомопатогенных вирусов выделено 12 семейств, включающих 22 рода [50]. Наибольший интерес для биологического способа борьбы имеют три группы вирусов: вирусы ядерного и цитоплазменного полиэдрозов и вирусы гранулеза. Остановимся на них подробнее [40].

Полиэдрозы делятся на две группы. Если вирусом поражаются ядра клеток многих органов и тканей (жировая ткань, гиподерма, нервные узлы и др.), болезнь называется ядерным полиэдрозом общего типа. Ею поражаются гусеницы чешуекрылых. Если вирус развивается в ядрах клеток эпителия средней кишки, болезнь называется ядерным полиэдрозом кишечного типа.

Болезни ядерного полиэдроза известны примерно у 170 видов насекомых. Среди них наиболее хорошо изучены полиэдрозы тутового шелкопряда (желтуха), монашенки, непарного шелкопряда и елового общественного пилильщика. В начальный период пораженные личинки больных насекомых мало отличаются от здоровых. Инкубационный период болезней типа желтухи у разных насекомых длится от 5 до 20 дней, обычно около недели. По мере развития заболевания личинки становятся вялыми, теряют аппетит и стараются подниматься вверх по растению. Тело их слегка вздувается и изменяет окраску. Незадолго до гибели гусеницы прикрепляются задними (ложными) ножками к веткам и повисают вниз головой. Вследствие разжижения тканей тело гусениц превращается в мутную жидкость, которая вытекает из легко разрывающихся покровов. Эта жидкость не имеет неприятного запаха, характерного при гнилостном разложении бактериями. Инфекционная жидкость является источником дальнейшего распространения болезни среди здоровых насекомых. При микроскопическом исследовании в трупной жидкости и гемолимфе больных насекомых обнаруживается масса полиэдров. Многие ядерные полиэдренные вирусы узкоспецифичны, но известны и такие, которые способны вызывать заболевания у двух и более видов насекомых. Цитоплазменные полиэдрозы обнаружены примерно у 30 видов насекомых. Они не носят столь острого и быстротечного характера, как ядерные полиэдрозы. Известные цитоплазменные полиэдрозы характеризуются тем, что вызывают местные патологические изменения, обычно эпителия средней кишки. Гранулезы развиваются у гусениц чешуекрылых, поражая жировую ткань, трахеи. Заражение происходит при заглатывании гусеницами полиэдров или гранул вместе с кормом. В кишечнике полиэдры растворяются, а высвободившиеся вирионы внедряются в клетки соответствующих органов и тканей, размножаются и формируют новые инклюзии. Вирусы гранулеза зарегистрированы примерно у 30 видов насекомых [18]. Наблюдаются только у чешуекрылых. Период от заражения до гибели насекомого длится от 6 до 20 дней. Вирусами поражаются в основном жировая ткань, часто трахеи и клетки крови. Больные гусеницы менее активны, чем здоровые, а цвет их тела беловатый или желтовато-белый, что особенно заметно с брюшной стороны.

Мы выяснили, что собой представляют вирусы, и теперь нам предстоит разобраться, какими же путями они распространяются и поражают вредителей. Вирусы насекомых распространяются в природе как естественным, так и искусственным путем, то есть при участии человека. Основная роль в распространении вирусов отводится миграциям самих хозяев-насекомых. Энтомопатогенные полиэдрические вирусы могут распространяться хищными насекомыми и мясными мухами, которые питаются гусеницами, погибшими от инфекции. Также большинство вирусов ядерного полиэдроза и гранулеза разжижают тело личинок хозяина, освобождая полиэдры, распространяющиеся по растению и попадающие в почву. Вирусы насекомых распространяются двумя путями: горизонтальным, когда насекомое приобретает вирус, питаясь загрязненными субстратами и вертикальным путем – от родителей к потомству [19].

Как было уже сказано в начале, вирусные болезни играют значимую роль в снижении численности вредных насекомых или даже полностью устраняют их вредоносную деятельность. Однако массовая гибель насекомых от вирусных болезней происходит не всегда. Обычно заболевания быстро распространяются лишь при большой численности вредных насекомых. Поэтому возникла мысль использовать вирусы для борьбы с вредными насекомыми путем активного внесения инфекционного начала в популяции вредителей. Опыты, проведенные в различных странах, показали, что искусственное заражение насекомых вирусами в природных условиях может быть весьма эффективным методом борьбы. Для заражения насекомых обычно обрабатывают корм ранее полученным препаратом вируса. Приготовление препарата включает измельчение трупов насекомых и последующую фильтрацию жидкости, а иногда и центрифугирование. Фильтрация и центрифугирование позволяют получить более чистый и концентрированный препарат. Внесение вирусов в места размножения вредителей обычно осуществляется способом опрыскивания или опыливания растений. Иногда очаги заболевания создают заражением яйцекладок. Последний способ был предложен для заражения яйцекладок непарного шелкопряда. Вирусные инфекции против вредных насекомых применяются в зарубежных странах (США, Канада, Франция и др.), но для широкого практического использования этого метода требуются дальнейшие исследования. Большие перспективы открывают успехи, достигнутые в области массового разведения насекомых на искусственных питательных средах, а следовательно, и вирусов в лабораторно-заводских условиях в течение круглого года. Но для проведений опытов необходимо знать, как на них влияют внешние факторы окружающей среды и каковы особенности их специфичности [45].

Вирусные частицы весьма чувствительны к внешним воздействиям и не могут долго сохраняться вне клетки. Однако, будучи заключенными в защитную белковую оболочку (полиэдр или гранулу), вирусы способны сохранять свою активность в природных условиях на протяжении многих лет.Температура воздуха может влиять на развитие вирусного заболевания: замедлять или ускорять его. Как правило, пониженные положительные температуры удлиняют инкубационный период заболевания, а оптимальные, наоборот – укорачивают. Развитие вирусной инфекции ускоряется при обработке зараженных личинок насекомых низкими дозами гамма-лучей (100 - 500 Дж/кг). Прямые солнечные лучи инактивируют вирусные частицы препарата, нанесенные на растения. Несколько по-иному сказывается влияние некоторых факторов среды на латентную (скрытую) инфекцию. Если оптимальный уровень температуры среды для развития вирусной инфекции близок к оптимальным условиям развития хозяина или совпадает с ними, то вирус ничем себя не проявляет. При стрессовых ситуациях, например, в случае понижения или повышения температуры по сравнению с оптимальной, установившееся равновесие между хозяином и паразитом может нарушиться, и латентная форма переходит в открытую, вызывая заболевание насекомого. Такое же влияние оказывают повышенная плотность популяции хозяина, несвойственная пища, воздействие различными химическими веществами и прочее.

Специфичность вирусных болезней заключается в развитии вирусов только в определенных тканях насекомых одного вида и возраста и инфицировании определенных видов. Вирусы ядерного полиэдроза и гранулеза чешуекрылых могут развиваться, помимо гиподермы и оболочки трахей, в кишечнике насекомых, но не проходят полного цикла развития и не заключаются в полиэдры или гранулы. Вирусы цитоплазматического и ядерного полиэдрозов пилильщиков локализуются и проходят полный цикл развития в клетках эпителия средней кишки насекомых. В отношении возрастной специфичности насекомых известно, что личинки младших возрастов более чувствительны к инфицированию вирусами различных групп, чем старших. Видовая специфичность разных групп вирусов насекомых различна. Наиболее специфичны вирусы гранулезов. Так, гранулез озимой совки поражает другие близкие виды подгрызающих совок, но оказывается неинфекционным для непарного шелкопряда. Менее специфичны вирусы ядерных полиэдрозов. Родство между вирусами этой группы было установлено с помощью серологической реакции для капустной белянки, боярышницы, непарного шелкопряда и монашенки, относящихся к различным, удаленным в систематическом отношении друг от друга семействам чешуекрылых [46]. Еще меньшей видовой специфичностью, но в пределах одного отряда чешуекрылых, обладают вирусы цитоплазматического полиэдроза. В одном из опытов вирус цитоплазматического полиэдроза зимней пяденицы оказался инфекционным еще для десяти видов чешуекрылых из семейств нимфалид, шелкопрядов и коконопрядов, тогда как изучаемые представители семейств листоверток, волнянок, а также медведиц из чешуекрылых и двух видов пилильщиков от отряда перепончатокрылых оказались невосприимчивыми к этому вирусу.

Мы посмотрели краткую историю возникновения вирусологии, узнали общие сведения о вирусах, их специфичность и пути заражения. И, подводя итог, можно с уверенностью сказать, что вирусы, вызывающие инфекционные заболевания играют, большую роль в динамике численности насекомых. Помимо этого, энтомопатогены не оказывают негативного воздействия как на самого человека, так и на растения и животных, которых он содержит. Все это делает их эффективным средством борьбы с вредителями. Но не стоит забывать, что они поражают как вредных, так и полезных насекомых, поэтому не стоит упускать это из внимания и быть осторожным при искусственном распространении вирусов. Дальнейшие микробиологические исследования в популяциях насекомых позволят существенно расширить представление о круге хозяев энтомопатогенных вирусов; не исключена возможность обнаружения новых типов возбудителей вирусной природы, пригодных для использования в биологическом регулировании численности насекомых-фитофагов. Продолжим изучение бактериального метода и рассмотрим бактериальные болезни насекомых.