Po II wojnie światowej w latach 50. XX wieku plagi pluskiew zostały niemal całkowicie wyeliminowane na całym świecie dzięki zastosowaniuśrodek owadobójczydichlorodifenylotrichloroetan, lepiej znany jako DDT, substancja chemiczna, która została zakazana. Jednak od tego czasu szkodniki miejskie odrodziły się na całym świecie i uodporniły się na szereg insektycydów stosowanych do ich zwalczania.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Journal of Medical Entomology opisuje szczegółowo, w jaki sposób zespół badawczy z Virginia Tech pod kierownictwem entomologa miejskiego Warrena Bootha odkrył mutacje genetyczne, które mogą prowadzić do oporności na insektycydy.
Odkrycie było wynikiem badań, które Booth zorganizował dla studentki Camilli Block, aby udoskonalić jej umiejętności w zakresie badań molekularnych.
Booth, specjalizujący się w szkodnikach miejskich, od dawna zauważył mutację genetyczną w komórkach nerwowych karaczanów prusaków i mączlików, która uodpornia je na pestycydy. Booth zasugerował, aby Block pobrał próbkę jednej pluskwy z każdej ze 134 różnych populacji pluskiew zebranych przez północnoamerykańskie firmy zajmujące się zwalczaniem szkodników w latach 2008–2022, aby sprawdzić, czy wszystkie mają tę samą mutację komórkową. Wyniki wykazały, że dwie pluskwy z dwóch różnych populacji miały tę samą mutację komórkową.
„To właściwie moje ostatnie 24 próbki” – powiedziała Bullock, która studiuje entomologię i jest członkinią Invasive Species Partnership. „Nigdy wcześniej nie zajmowałam się badaniami molekularnymi, więc posiadanie wszystkich tych umiejętności molekularnych było dla mnie kluczowe”.
Ponieważ inwazje pluskiew są genetycznie jednorodne ze względu na masowy chów wsobny, zazwyczaj tylko jeden okaz z każdej próbki jest reprezentatywny dla populacji. Booth chciał jednak potwierdzić, że Bullock rzeczywiście wykrył mutację, więc przebadali wszystkie próbki z obu zidentyfikowanych populacji.
„Kiedy wróciliśmy i przebadaliśmy kilka osobników z obu populacji, odkryliśmy, że każdy z nich był nosicielem mutacji” – powiedział Booth. „Zatem ich mutacje są utrwalone i są to te same mutacje, które znaleźliśmy u karalucha prusaka”.
Badając karaluchy prusaki, Booth dowiedział się, że ich odporność na insektycydy wynika z mutacji genetycznych w komórkach układu nerwowego i że mechanizmy te są uwarunkowane środowiskowo.
„Istnieje gen o nazwie Rdl. Gen ten został odkryty u wielu innych gatunków szkodników i jest powiązany z odpornością na insektycyd o nazwie dieldryna” – powiedział Booth, który również pracuje w Instytucie Nauk o Życiu im. Fralina. „Ta mutacja występuje u wszystkich karaczanów prusaków. To zaskakujące, że nie znaleźliśmy populacji bez tej mutacji”.
Fipronil i dieldryna, dwa insektycydy, których skuteczność w zwalczaniu pluskiew została udowodniona w laboratorium, działają na tej samej zasadzie, więc mutacja teoretycznie uodporniła szkodnika na oba środki, powiedział Booth. Dieldryna jest zakazana od lat 90. XX wieku, ale fipronil jest obecnie stosowany wyłącznie do miejscowego zwalczania pcheł u kotów i psów, a nie do zwalczania pluskiew.
Booth podejrzewa, że wielu właścicieli zwierząt domowych stosujących miejscowe leczenie fipronilem pozwala swoim kotom i psom spać ze sobą, narażając ich pościel na działanie pozostałości fipronilu. Gdyby pluskwy zostały wprowadzone do takiego środowiska, mogłyby zostać przypadkowo narażone na działanie fipronilu, a następnie mutacja mogłaby zostać wyselekcjonowana w populacji pluskiew.
„Nie wiemy, czy ta mutacja jest nowa, czy pojawiła się później, czy w tym samym okresie, czy też była obecna w populacji już 100 lat temu” – powiedział Booth.
Następnym krokiem będzie rozszerzenie zakresu poszukiwań i poszukiwanie tych mutacji w różnych częściach świata, szczególnie w Europie, a także w różnych okresach czasu wśród okazów muzealnych, ponieważ pluskwy występują na Ziemi od ponad miliona lat.
W listopadzie 2024 r. laboratorium Bootha po raz pierwszy udało się zsekwencjonować cały genom pospolitej pluskwy domowej.
Booth zauważył, że problemem z muzealnym DNA jest to, że bardzo szybko rozpada się na małe fragmenty, ale teraz, gdy naukowcy dysponują szablonami na poziomie chromosomów, mogą wziąć te fragmenty i przekształcić je w chromosomy, rekonstruując geny i genom.
Booth zauważył, że jego laboratorium współpracuje z firmami zajmującymi się zwalczaniem szkodników, więc ich praca nad sekwencjonowaniem materiału genetycznego może pomóc im lepiej zrozumieć, gdzie na świecie występują pluskwy i jak się ich pozbyć.
Teraz, gdy Bullock rozwinęła swoje umiejętności na polu badań molekularnych, zamierza kontynuować badania nad ewolucją miejską.
„Uwielbiam ewolucję. Myślę, że to naprawdę interesujące” – powiedział Block. „Ludzie nawiązują głębszą więź z tymi gatunkami miejskimi i myślę, że łatwiej jest zainteresować ludzi pluskwami, ponieważ mogą się z nimi utożsamić osobiście”.
Czas publikacji: 13 maja 2025 r.