الطرق الوراثية لمكافحة الحشرات.. انعدام النسل للحشرات بتربية وإطلاق الذكور العقيمة وراثيا أو تلك غير القادرة على التوافق الوراثي مع الإناث

الطرق الوراثية لمكافحة الحشرات وتسمى بأسلوب المكافحة الذاتية أو الوراثية (انعدام النسل للحشرات) وتشمل تربية وإطلاق الذكور العقيمة وراثيا أو تلك غير القادرة على التوافق الوراثي مع الإناث، أي إكثار العوامل المميتة التي تنتج عن تزاوج فردين من نفس النوع.

تلحق حشرات الآفات أضرارًا جسيمة بصحة الإنسان (من خلال نقل الأمراض مثل حمى الضنك والملاريا) والزراعة (من خلال الأضرار التي تلحق بالمحاصيل أو الماشية).

طرق المكافحة، مثل استخدام المواد الكيميائية المبيدات الحشرية، ناجحة للغاية.

ومع ذلك، قد يصبح تطبيقها المستمر مقيدًا بسبب المخاوف بشأن التأثير البيئي، وتطور المقاومة الكيميائية.

في ضوء هذه العوائق، كان هناك استثمار كبير في تطبيق النهج القائمة على الوراثة لمكافحة الآفات.

تهدف استراتيجيات إدارة الآفات الجينية (GPM) إلى تسخير أنظمة التزاوج الطبيعية للآفات من أجل إدخال سمات من شأنها تعقيم أو قتل أو تعديل السكان في مجتمع الآفات.

هنا ، عامل المكافحة هو نسخة من الآفة نفسها، يتم إطلاق الأفراد الذين تمت تربيتهم في المختبر مع تعديل وراثي يغير خصائصها بشكل مرغوب فيه في البرية.

تم اقتراح مثل GPM لمجموعة واسعة من أنواع الآفات، مع التركيز بشكل كبير على الحشرات، وخاصة البعوض.

في حين أن هناك العديد من السمات المتأصلة التي قد يرغب المرء في تغييرها في مجتمع الآفات، فقد ركز عمل GPM بشكل حصري تقريبًا على اثنين - اللياقة البدنية وكفاءة الناقل.

يهدف إدخال سمات مثل العقم أو الفتك - سمات اللياقة المنخفضة - إلى تقليل الحجم العددي للسكان المستهدفين، ومن ثم يتم وصف هذه السمات بشكل جماعي على أنها سمات أو طرق "قمع السكان".

تهدف سمات كفاءة النواقل المنخفضة، ذات الصلة فقط بأنواع ناقلات الأمراض، إلى تقليل انتقال واحد أو أكثر من مسببات الأمراض مع الآثار العرضية فقط على حجم العشائر؛ هذه هي طرق "تعديل السكان"، وتسمى أحيانًا "تحويل السكان" أو "استبدال السكان" على الرغم من عدم استبدال السكان في الواقع.

إلى حد بعيد ، كانت طريقة GPM الأكثر استخدامًا حتى الآن هي تقنية الحشرات العقيمة (SIT) ومتغيراتها، حيث يتم إطلاق الحشرات "العقيمة" لتتزاوج مع أنواع الآفات البرية الخاصة بها.

إن إدخال الحشرات العقيمة، وخاصة الذكور العقيمين، يقلل من القدرة الإنجابية للسكان المستهدفين، ويمكن أن يؤدي الإطلاقات المستمرة إلى انخفاض أو حتى القضاء على السكان المستهدفين.

يمكن أن يحدث العقم عن طريق التشعيع أو عدم توافق السيتوبلازم الناجم عن Wolbachia أو المعالجة الكيميائية أو الهندسة الوراثية، على سبيل المثال، إطلاق الحشرات التي تحمل مادة مميتة سائدة (RIDL).

في حين أن الكثير من الاهتمام قد ركز على السمة الجينية الجديدة، فإن النمط الجيني الخلفي الذي تم تطويره فيه سيساهم بشكل كبير في أداء الحشرات المعدلة التي تم إطلاقها ، على سبيل المثال ، من حيث نجاح التزاوج.

تم إيلاء اهتمام أقل إلى حد كبير لقدرة التهجين وتدفق الجينات بين الحشرات المعدلة التي تم إطلاقها والحشرات البرية.

نادرًا ما يكون "تعقيم" الذكور فعالًا بنسبة 100٪، على سبيل المثال، بسبب الحاجة إلى موازنة العقم والآثار السلبية على الأداء في اختيار جرعة الإشعاع، أو عدم اكتمال نفاذ العقم الوراثي.

تتطلب أساليب GPM الأخرى تزاوجًا خصبًا للسماح بإدخال سمات جديدة في المجموعات السكانية المستهدفة؛ في كلتا الحالتين من المحتمل إدخال المواد الجينية الخلفية.

هذا سؤال وثيق الصلة لأن إدخال التنوعات الجينية الجديدة يمكن أن يؤثر على السكان المستهدفين وربما يؤدي، من الناحية النظرية، إلى زيادة في اللياقة البدنية لدى السكان المستهدفين.

مع التطور السريع لمجموعة متنوعة من الاستراتيجيات الجديدة، مع ميول متفاوتة لتدفق الجينات، يجب أن يكون اختيار النمط الوراثي الخلفي قرارًا مهمًا للمطور، وربما في المقابل أيضًا للمنظمين وأصحاب المصلحة الآخرين.

علم الوراثة السكانية للسلالات المختبرية:

لوحظت الفروق الجينية بشكل متكرر بين مستعمرات البعوض المختبرية ومجموعات حقل مصدرها، على الرغم من اختلاف طبيعتها وحجمها بشكل كبير (تمت المراجعة في).

تختلف هذه الحشرات المختبرية عن الحشرات الحقلية بسبب التأثيرات المشتركة للانحراف الوراثي والاختناق والاختيار.

على الرغم من أنه نادرًا ما تمت دراسة المساهمة النسبية لكل منها، إلا أنه من المعروف جيدًا أن السلالات المختبرية قد قللت من اللياقة البدنية في البرية مقارنة بنظيراتها البرية، مما أدى إلى مخاوف ثابتة بشأن أداء ما بعد الإصدار لهذه السلالات لـ GPM.

عادةً ما يكون للسلالات البرية التي يتم تربيتها في المختبر أحجام عشيرة فعالة منخفضة، لأن أحجام العشائر المؤسس صغيرة عمومًا، وعادة ما يتم الحفاظ على السلالات بأعداد منخفضة نسبيًا بعد ذلك.

تعاني هذه المجموعات السكانية الصغيرة المؤسِّسة من مستويات مرتفعة من زواج الأقارب والانجراف الوراثي بالنسبة إلى التجمعات البرية، مما يؤدي إلى فقدان متسارع للتنوع الأليلي وتغاير الزيجوت.

ليس من المستغرب إذن أن تكون السلالات المختبرية باستمرار أقل تغيرًا وراثيًا من نظيراتها الميدانية.

يؤدي صغر حجم السكان وانخفاض مستويات التنوع الجيني الموجود في السلالات المختبرية إلى انخفاض اللياقة البدنية للأفراد والسكان من خلال اكتئاب زواج الأقارب وفقدان القدرة على التكيف.

على هذا النحو ، تتوقع النظرية أنه من خلال العمليات المحايدة وحدها، يجب أن تكون مجموعات المختبرات أقل لياقة من نظيراتها البرية ، خاصة في البيئة البرية.

بالإضافة إلى هذه العمليات الديموغرافية، يمكن أن يكون للانتقاء الطبيعي أيضًا تأثيرات كبيرة على اللياقة البدنية الفردية وديناميكيات السكان في مجموعات المختبرات.

البيئات المختبرية هي بطبيعتها مصطنعة وتتعرض مجموعات الحشرات المستعمرة لمجموعة مختلفة إلى حد كبير من الضغوط الانتقائية مقارنة بتلك الموجودة في المجموعات الطبيعية (تمت مراجعتها في).

تفتقر البيئات المختبرية إلى العديد من الضغوط الانتقائية النموذجية للمجموعات البرية، وعادة ما تكون مستقرة للغاية (درجة حرارة مضبوطة، والرطوبة، والضوء: دورات مظلمة وجداول تربية خاضعة للرقابة) وحميدة (تفتقر إلى العديد من التهديدات الحيوية وغير الحيوية مثل الحيوانات المفترسة أو المرض أو الجفاف أو ندرة الغذاء).

في الوقت نفسه، تتضمن بروتوكولات التربية المختبرية الانتقاء الاصطناعي لمجموعة من السمات، بما في ذلك التطور الأسرع للنضج الإنجابي وفترة الإنجاب، وحجم الجسم، وطول العمر، والتودد، وسلوكيات تغذية الدم، من بين أمور أخرى.

ربما تعاني سلالات التحكم الجيني من تأثيرات الاختناق والتكيف المختبري أكبر من سلالات النوع البري التي يتم تربيتها في المختبر.

نظرًا لأن التعديل الجيني لا يزال غير فعال إلى حد كبير، يجب عادةً إنشاء سلالات التحكم من تلك السلالات المتوافقة مع المختبر والتي تكون أكثر إنتاجية في الأسر.

على سبيل المثال، بعد بعض النجاحات الهندسية Aedes aegypti، حاولت شركة Oxitec - وهي شركة متخصصة في تقنيات GPM - تطوير سلالات مماثلة من Aedes albopictus.

مع التركيز على الاستخدام الميداني المحتمل، اختاروا البدء بسلالة مستعمرة حديثًا نسبيًا من A. albopictus ، بدلاً من سلالة أقدم كثيرًا كما تم استخدامها مع A. aegypti.

تم تحقيق هندسة ناجحة لـ A. albopictus فقط بعد تحسينات جوهرية في إنتاجية السلالة على مدى 10 أجيال أو نحو ذلك، تُعزى جزئيًا إلى الأساليب المحسنة ولكن بشكل أكبر إلى مزيد من التكيف مع الظروف المختبرية.

من المحتمل أيضًا أن تواجه سلالات التحكم الجيني عنق الزجاجة الثاني عند نشأتها، لأنها غالبًا ما تنشأ من فرد مؤسس واحد.

قد يحمل هذا المؤسس جينًا جديدًا متحورًا أو نقل كروموسوم أو إدخال Wolbachia.

إن استعادة حتى التنوع الجيني المتواضع لسلالة مختبرية نموذجية يتطلب تهجينًا رجعيًا واسعًا؛ سيكون هناك اختناق محتمل آخر إذا وعندما تصبح السلالة متماثلة اللواقح، على الرغم من أن هذا قد لا يكون مطلوبًا دائمًا.

قد يؤثر اكتئاب زواج الأقارب من مخططات التزاوج هذه سلبًا على أداء السلالة والتحليلات المربكة المحتملة للتأثيرات الخاصة بالجينات المحورة، على سبيل المثال. تكلفة لياقة الجينات المعدلة وراثيا.

من ناحية أخرى، نادرًا ما يُنظر إلى أحد جوانب سلالات التحكم الجيني في أنها غالبًا ما يتم توسيعها إلى أحجام سكانية هائلة للإفراج الجماعي.

قد يسمح هذا باستعادة بعض التباين الجيني من خلال طفرات de novo وزيادة معدلات إعادة التركيب، على الرغم من أنه نظرًا للمقاييس الزمنية المتضمنة، فمن غير المحتمل أن تقترب مستويات التنوع الجيني في هذه المجموعات السكانية من تلك الموجودة في المجموعات البرية.

علاوة على ذلك، من المرجح أن تؤدي التربية من أجل برامج الإطلاق الجماعي إلى زيادة قوة وفعالية التكيف مع ظروف المختبر، وهي قضية لطالما كانت مصدر قلق لبرامج SIT.