Pyretroida bekämpningsmedel är effektiva. Ibland för effektiv.

Forskare vid Michigan State Universitys entomologiavdelning har låst upp en nyckel för att upprätthålla insekticidens effektivitet när det gäller att eliminera skadedjur utan att döda nyttiga insekter, såsom bin. Studien, med i det aktuella numret av Proceedings of the National Academy of Sciences , visar att molekylära justeringar kan göra skillnaden.

Pyretroider riktar sig mot den spänningsstyrda natriumkanalen, ett protein som finns i nerv- och muskelceller som används för snabb elektrisk signalering. Pyretroider fungerar i princip genom att binda till natriumkanalens spänningsport och förhindra att den stängs. Nervsystemet blir överstimulerat och insekten dödas. Dessa bekämpningsmedel, dock, har inte samma effekt på människor, eller andra däggdjur för den delen.

Ke Dong, MSU insektstoxikolog och neurobiolog och medförfattare till uppsatsen, finslipat på ett enda protein som kunde ge humlor samma motstånd som människor - tau-fluvalinat, en pyretroid insekticid. Dong arbetade med Shaoying Wu, huvudförfattare från Henan Agricultural University (Kina), som genomförde forskningen i Dongs labb som gästforskare.

"För första gången visar vi att unika strukturella egenskaper i binas natriumkanaler stör bindningen av tau-fluvalinat till humlans natriumkanaler, ", sa Dong. "Detta öppnar möjligheten att designa nya kemikalier som riktar sig mot natriumkanaler hos skadedjur men skonar bin."

Natriumkanaler är stora transmembranproteiner med mer än 2, 000 aminosyrarester. Dongs labb tillbringade många år med att reda ut detta banbrytande framsteg. Forskarna började initialt med natriumkanaler från andra insekter, som myggor, fruktflugor, kackerlackor, kvalster och fästingar, för att hitta var pyretroider binder på insektsnatriumkanaler för att effektivt döda dem. De fick lite hjälp av naturen.

"Genom att undersöka vilda myggor som har blivit resistenta mot pyretroider, vi kunde hjälpa till att begränsa de potentiella webbplatserna att fokusera på, " sa Dong.

Specifikt, i en tidigare studie, Dong och teamet identifierade mutationer som gjorde kanalerna mer resistenta mot pyretroider. Arbetar med Boris Zhorov, en datormodelleringsexpert från McMaster University i Kanada, de identifierade två distinkta pyretroidbindningsställen på insektsnatriumkanaler. De avslöjade också de molekylära skillnaderna mellan däggdjurs och insekters olika reaktioner på pyretroider.

För den aktuella studien, teamet fokuserade på en långvarig gåta att humlor och honungsbin är mycket känsliga för de flesta pyretroider, men de var resistenta mot tau-fluvalinat. För närvarande, tau-fluvalinat används ofta för att bekämpa skadedjur i jordbruket och även varroakvalster, som är ett av de största hoten mot bin i världen.

Så småningom, teamet upptäckte att kanalen är resistent mot tau-fluvalinat men känslig för andra pyretroider. Ytterligare mutationsanalys och datormodellering visade att specifika aminosyrarester i humlans natriumkanaler är ansvariga för den selektiva toxiciteten.

Framtida forskning kommer att undersöka natriumkanaler från olika skadedjur och nyttiga insekter för att utforska egenskaperna hos pyretroidbindningsställen, som skulle kunna lägga grunden för att designa nya och selektiva bekämpningsmedel. Det kommer också att belysa hur skadedjur utvecklar resistens mot insekticider över tid och hur nyttiga insekter svarar på dem i fält.