Что случилось
В трех городах Колумбии с помощью комаров, зараженных бактериями Wolbachia, удалось снизить заболеваемость лихорадкой денге на 97%. Результаты эксперимента опубликовала Всемирная программа по борьбе с комарами (World Mosquito Program) в октябре 2023 года. Организация борется с такими опасными заболеваниями, как передаваемые этими насекомыми лихорадка денге, вирус Зика и желтая лихорадка, нестандартным способом — она распространяет миллионы комаров, инфицированных Wolbachia, в местах, где эти заболевания встречаются наиболее часто. Всемирная программа по борьбе с комарами действует в 14 странах. По ее оценкам, работа WMP спасла более 10 млн человек от заболеваний, распространяемых комарами.
Что такое лихорадка денге
Денге — это вирусная инфекция, которая передается через укусы самок комаров, чаще всего, вида Aedes aegypti (желтолихорадочный комар, первоначальным местом обитания этого насекомого была Африка, в Южную Америку его завезли в эпоху колонизации). У инфицированного человека поднимается температура, появляются тошнота, сыпь, головные и поясничные боли, а также сильные внутренние кровотечения. В тяжелых случаях вирус денге может привести к летальному исходу.
Сегодня эта инфекция особенно распространена в странах Африки, Америки, Восточного Средиземноморья, Юго-Восточной Азии и Западной части Тихого океана. Однако денге все чаще выходит за пределы привычного ареала: в 2022 году в Европе был зарегистрирован 71 случай этой лихорадки. Ученые связывают это с глобальным потеплением, из-за которого переносчики заболевания переселяются все северней.
«Заболеваемость денге экспоненциально выросла с примерно полумиллиона случаев в 2000 году до 5,2 миллиона, зарегистрированных в 2019 году», — заявил доктор Раман Велаюдхан, глава глобальной программы Всемирной организации здравоохранения по борьбе с денге. Для сравнения: ежегодно от ДТП в мире погибает 1,3 млн человек, а от онкологии — около 10 млн.
Как ученые борются с распространением лихорадки денге
Комары давно и серьезно досаждают человеку. Почти половина всех когда-либо живших на планете людей были убиты комарами, утверждает историк Тимоти Вайнгард в книге «Кровососы». Однако сегодня появились инновационные методы защиты от опасных насекомых. Один из наиболее перспективных и эффективных способов — упомянутое выше введение комарам бактерии Wolbachia. Второй метод — генетическая модификация комара.
Биологические лаборатории
В биолабораториях самцов Aedes aegypti заражают бактерией Wolbachia, благодаря чему у них появляются проблемы с репродуктивной системой. После спаривания с ними самки откладывают дефектные яйца, из которых не вылупляется потомство. Так сокращается популяция комаров этого вида, то есть переносчиков денге не становится больше, а распространение вируса замедляется. Кроме того, заражение комаров бактерией Wolbachia эффективно и для предотвращения передачи вируса Зика, чикунгуньи и желтой лихорадки. Как утверждают исследователи из Всемирной программы по борьбе с комарами, Wolbachia безвредна для человека, животных и других видов комаров.
Метод уже доказывает свою эффективность. В результате испытаний в Индонезии случаи заболевания денге уменьшились на 77%, а число больных, требующих госпитализации, снизилось на 86%. Всемирная организация здравоохранения признала метод заражения Wolbachia эффективным в борьбе с опасными вирусами.
Редактирование генов
Еще один способ сократить количество комаров-переносчиков — генетическое редактирование. Здесь тоже используют только комаров-самцов. В результате изменения генома они становятся носителями белка OX5034. Все самки, родившиеся от таких комаров, умирают, не дожив до зрелого возраста, а значит, как и в первом случае, не могут дать новое потомство. Самцы же, рожденные от «комара-мутанта», не погибают. Они являются носителями OX5034, как и их отцы, и продолжают работать на сокращение количества самок.
Редактирование генома фактически имеет такой же результат, как и заражение комаров бактерией Wolbachia. Однако эффект этого метода сильнее и долгосрочнее, так как погибает не все потомство, как в первом случае, а только самки. Самцы продолжают сокращать популяцию вплоть до полного ее вымирания.
Метод введения «летального» гена разработала компания Oxitec. В 2020 году Oxitec получила одобрение Агентства по охране окружающей среды и Министерства сельского хозяйства и потребительских услуг Флориды на выпуск отредактированных комаров во Флориде и Техасе. Компания использует эту технологию в Бразилии, реализует проекты в Панаме, Джибути и на Маршалловых островах. По данным Oxitec, на Каймановых островах, в Мексике и Бразилии, где использовалась технология, местная популяция комаров-переносчиков сократилась на 95%.
По оценкам Всемирной программы по борьбе с комарами, ее реализация обходится в $2–3 на человека, но по внешним оценкам эта стоимость составляет $15 на человека. Для города с населением 50 тыс. человек мероприятия по программе WMP обойдутся в сумму от $100 тыс. до $750 тыс. в год. Стоимость программы Oxitec в городе с таким же населением составит примерно $1,9 млн.
Критика программ по борьбе с комарами
Несмотря на обнадеживающие результаты, проект встретил сопротивление со стороны сообществ, которые выступают против генномодифицированных организмов. Более 200 тыс. жителей Флориды обратились в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов с просьбой остановить проект. Однако агентство постановило, что комары не окажут существенного воздействия на популяцию насекомых, и выпуск Oxitec все же продолжился. Сама компания отреагировала на протесты просветительской кампанией, — на сайте можно найти вебинары о том, как работает ее метод и почему он не угрожает другим насекомым и животным. Исследователи утверждают, что технология нацелена исключительно на вид комаров Aedes aegypti, который составляет лишь 1% от всей популяции комаров во Флориде, что не несет угрозу для целостности экосистем.
Вмешательство человека в видовое разнообразие природы, в том числе с помощью биотехнологий, вызывает недоверие не только у обывателей, но и у научного сообщества. Биолог Мэттью Миллер (Matthew Miller) выразил опасения насчет истребления одного конкретного вида комаров. Он не уверен, что модификация и масштабное распространение таких методов не приведет к непрогнозируемым и необратимым последствиям. Небольшие изменения заметны и уже настораживают Миллера. Ученый заметил, что по мере уничтожения Aedes aegypti, который переносит вирус лихорадки денге, расширяется популяция другого вида комара, азиатского тигрового (Aedes albopictus). А эти насекомые переносят другую опасную болезнь — вирус лихорадки чикунгунья.
К чему приводит вмешательство человека в экосистемы
Беспокойство исследователей не безосновательно, — далеко не всегда изменение человеком популяции даже всего одного вида проходит бесследно. Например, Международный коллектив экологов обнаружил, что появление инвазивных большеголовых муравьев в Кении привело к резким изменениям в местных экосистемах. А это может сократить популяцию львов.
Инвазивные животные — это виды растений или животных, которые случайно распространились в новых для них регионах, например, в результате деятельности человека. К ним, в частности, относятся мыши, которые расселились по планете и поедают птенцов морских птиц в гнездах, или завезенные виды травы, которые способствовали началу и ускорению пожаров на Гавайях летом 2023 года.
Большеголовые муравьи появились на территории Кении примерно 15 лет назад. Их ненамеренно завезли из других регионов Африки и распространили по всем экваториальным и тропическим регионам Земли. Врезультате инвазивные насекомые вытеснили местных муравьев из рода Crematogaster, которые живут на ветвях акаций и нападают на крупных травоядных, которые хотят съесть побеги растения. Из-за распространения большеголовых муравьев акации остались беззащитными, а за ними, в свою очередь, прятались львы во время охоты на зебр. Слоны пожирают акации, а львы теряют места для засады. В итоге доля зебр в рационе диких кошек снизилась с 67% до 42%, а доля буйволов в их добыче выросла с 0% до 42%. Пока буйволы спасают кенийских львов от вымирания, но изменение цепочки питания настораживает ученых, обеспокоенных уменьшением численности животных.
Согласно докладу ООН, в каждом регионе планеты зафиксировано не менее 3,5 тыс. опасных инвазивных видов, которые распространились в несвойственных им регионах по вине человека. Руководители исследования профессоры Хелен Рой, Анибал Пошар и Питер Штойт заявили: «Инвазивные чужеродные виды представляют собой серьезную угрозу биоразнообразию и могут нанести непоправимый ущерб природе, привести к вымиранию местных и глобальных видов, а также угрожать благополучию человека».
Исследования показали, что с распространением и воздействием инвазивных видов можно бороться множеством способов, например законодательно регулировать ввоз новых растений и животных, а также напрямую пресекать их распространение через истребление. Такое противодействие было заявлено как одна из целей в рамках глобальных задач этого десятилетия на конференции по биоразнообразию СОР15.
Печально известны случаи, когда люди не просто случайно влияли на популяции животных, а целенаправленно истребляли неугодные им виды. Так в Китае в середине прошлого века развернулась масштабная кампания по уничтожению «сельскохозяйственных вредителей» — крыс, комаров, мух и воробьев. В 1958 году, чтобы увеличить урожаи зерна, Мао Цзедун призвал китайский народ отпугивать птиц громкими звуками, стрелять в них и отгонять, чтобы те не могли приземлиться. Воробьи могут находиться в воздухе до 15 минут, после чего падают замертво. В Китае было истреблено почти 2 млрд воробьев. Урожаи на какое-то время действительно увеличились, но затем резко упали: на полях быстро расплодились гусеницы и саранча, поедающие побеги. До программы правительства насекомых ели воробьи, но теперь пищевая цепочка была прервана, и чтобы восстановить ее целостность, птиц пришлось закупать в СССР и Канаде.
Эта история на первый взгляд напоминает то, что происходит сегодня — ученые снова борются с «врагами» человека, но комары, как и воробьи, являются неотъемлемой частью нашей экосистемы. Однако исследователи успокаивают: снижение популяции Aedes aegypti не нанесет никакого вреда.
«Представление о том, что этот процесс может избавить нас от всех комаров, ошибочно, — говорит Омар Акбари, молекулярный биолог (его лаборатория занимается технологиями генетического контроля в Калифорнийском университете в Сан-Диего). — На земле существует более 3,5 тыс. различных видов комаров. Некоторые из них являются переносчиками болезнетворных микроорганизмов. Oxitec не пытается уничтожить всех комаров. Компания избавляется от одного вида из локализованной популяции, чтобы не дать ему передать патогены людям. Причем этот вид комаров, Aedes aegypti, является инвазивным и не имеет никакого назначения в той среде, где он сегодня обитает. Я не думаю, что удаление этого вида из окружающей среды окажет на нее какое-либо негативное воздействие».