ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 5, с. 524-533
^=МИКРОБИОЛОГИЯ
УДК 632.93716:632.654
ЭПИЗООТОЛОГИЯ БАКУЛОВИРУСОВ
© 2007 г. А. В. Ильиных
Институт систематики и экологии животных СО РАН, 630091 Новосибирск, ул. Фрунзе, 11 E-mail: ail@online.sinor.ru Поступила в редакцию 06.12.2006 г.
Анализ литературы показал, что процесс формирования бакуловирусных эпизоотий обусловлен комплексом факторов различной природы. Результативность встречи паразита и хозяина определяется биологической активностью вируса, множественностью заражения, биологическими особенностями и физиологическим состоянием насекомого, особенностями кормовой породы, а также факторами внешней среды. Исходя из данных, полученных с помощью высокочувствительных методов молекулярной биологии, в обзоре подведены некоторые итоги в дискуссии об источнике вирусной инфекции при бакуловирусных эпизоотиях. Полученные сведения в значительной мере приближают к пониманию механизмов формирования эпизоотий - одного из относительно мало изученных природных явлений.
Патогены и, в частности, бакуловирусы, играют важную роль в популяционной динамике своих хозяев (Вейзер, 1972; Elkinton, 1990; Bogens-chutz, Kamnerer, 1995; Richards et al., 1999; Hoch et al., 2001). Наиболее исследованными объектами с точки зрения взаимоотношений в системе "бакуловирус-насекомое" являются вирусы ядерного полиэдроза (ВЯП) и гранулеза и их хозяева -насекомые-филлофаги, дающие вспышки массового размножения (Орловская, 1968; Вейзер, 1972; Тарасевич, 1975; Гулий, Рыбина, 1988; Podg-waite, Mazzone, 1986; Elkinton, 1990; Kukan, 1999). Лесные экосистемы относительно мало изменены антропогенной деятельностью и в этом смысле являются одним из предпочитаемых модельных объектов для изучения естественных процессов взаимоотношений между представителями биоценоза. Кроме того, вспышки массового размножения лесных насекомых нередко приводят к деградации насаждений на значительных площадях, что сопоставимо с экологическими катастрофами.
То, каким образом поддерживается перманентность вирусной инфекции в популяциях насекомых и как инициируются массовые бакулови-русные заболевания при естественных эпизоотиях, является предметом длительной дискуссии. Часть исследователей полагает, что в популяциях насекомых-хозяев присутствует скрытый вирус, который активируется некоторыми стресс-факторами, вызывая смертность насекомых (Гер-шензон, 1961; Aruga, 1963; Tanada, 1970; Fuxa et al., 1999; Boots et al., 2003). Однако краеугольным вопросом является вопрос о природе скрытого вируса. Латентные вирусные инфекции описаны априори более ста лет назад (Podgwaite, Mazzone,
1986), но только к настоящему времени удалось идентифицировать источник скрытого вирусоно-сительства (Lee et al., 1998; Burden et al., 2002; Ily-inykh et al, 2005).
Альтернативная теория построена вокруг идеи, согласно которой вирусы могут длительное время сохраняться в среде обитания насекомых, а эпизоотии возникают на пике численности популяции, когда увеличивается вероятность контактов насекомых с вирусом (Thompson et al., 1981; Weseloh, Andreadis, 1986; Oloffson, 1988, Carruthers et al., 1988; Murray, Elkinton, 1989; Richards et al, 1999).
Большое значение при изучении динамики численности насекомых уделяется трофическому фактору, поскольку при высокой плотности популяции уменьшается количество корма и меняется его биохимический состав, которые могут вызвать изменение резистентности насекомых к патогенам (Haukioja, 1991; Hwang et al., 1995; Moran, 1998). Однако и с учетом трофического фактора закономерности проявления вирозов во многом не ясны. Так, эпизоотии в популяциях массовых видов лесных филлофагов отмечались и при слабой степени дефолиации насаждений (Гулий, 1974; Ильиных и др., 2005), которая не вызывает существенных изменений биохимического состава корма. С другой стороны, даже при высокой и сплошной степени дефолиации основных кормовых пород непарного шелкопряда Lymantria dispar в Зауралье и Западной Сибири гибель насекомых от полиэдроза наблюдалась на энзоотическом уровне - спорадически, на небольших площадях и у незначительной части популяции, не превышающей нескольких процентов (Колтунов и др., 1998; Ilyinykh et al., 2004; Ильиных,
2005). В свою очередь, в североамериканских (Murray, Elkinton, 1989; Elkinton, 1990) и европейских (Вейзер, 1972; Bogenschutz, Kamnerer, 1995; Hoch et al, 2001) популяциях непарного шелкопряда полиэдроз является одним из ведущих факторов динамики численности, нередко приводящим к массовой гибели насекомых.
Анализ литературных данных, представленных в настоящем обзоре, показывает, что в процессе инициации эпизоотий существенное значение имеют биологическая активность вируса, множественность заражения, биологические особенности и физиологическое состояние насекомого, особенности кормовой породы, а также факторы внешней среды, в значительной мере определяющие результативность встречи паразита и хозяина. Кроме того, в последние годы в связи с применением методов молекулярной биологии достигнут ряд успешных результатов по диагностике бакуловирусов в популяциях насекомых, выявлению источника скрытого ви-русоносительства и дифференцированию вклада эндо- и экзогенного вирусов в инфекционный процесс. Полученные данные позволяют в значительной степени приблизиться к пониманию механизмов формирования бакуловирусных эпизоотий в популяциях насекомых, что, в свою очередь, является существенным вкладом в исследование взаимоотношений в системе "патоген-хозяин" на различных экологических уровнях.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ВИРУСА
Вспышки массового размножения насекомых чередуются с периодами длительной депрессии, поэтому выживанию вирусов вне организма насекомых-хозяев способствует их относительно высокая устойчивость во внешней среде. Известно, что вирус рыжего соснового пилильщика Diprion sertifer оставался активным на хвое не менее двух лет (Kaupp, 1983), а в почве сохранялся не менее 13 лет (Olofsson, 1988). Показано, что вирус псев-доцуговой волнянки Orgyia pseudotsugata сохранялся в почве спустя 41 год после эпизоотии (Thompson et al., 1981). Полиэдры непарного шелкопряда сохраняли вирулентность в течение года (период наблюдения) в лесной подстилке и почве (Podgwaite et al., 1979). Однако экспозиция под прямыми солнечными лучами способна снижать инфекционную активность вируса в течение нескольких суток в 10-100 раз (Biever, Hostetter, 1985; Jones et al., 1993), и приводить к полной инактивации вируса в течение одной недели (Podgwaite, Mazzone, 1982). Поэтому наиболее предпочтительными с точки зрения сохранности вируса являются компоненты среды обитания насекомых, где солнечная инсоляция минимальна -
почва, лесная подстилка, нижнии ярус хвойных насаждений с высокоИ полнотоИ.
Для целого ряда географических изолятов, выделенных из природных популяций насекомых, показана гетерогенность генотипического состава вирусов (Bilimoria, 1983; Ильиных, Чуйкова, 1989; Laitinen et al., 1996; Cooper et al., 2003a). Это, по-видимому, обуславливает различия в биологической активности географических изолятов. Американскими исследователями (Shapiro et al., 1984) изучалась биологическая активность 19 географических изолятов ВЯП непарного шелкопряда, выделенных в североамериканских, европейских и азиатских популяциях насекомого. В этих экспериментах LC50 варьировала от 1.7 х 103 полиэдров/мл до 5 х 106 полиэдров/мл, различаясь более чем на 3 порядка. Наиболее высокая биологическая активность оказалась у североамериканских изолятов, наименьшая у азиатских (Япония). Часть исследуемых географических изолятов была пассирована на лабораторной культуре непарного шелкопряда. После первого пассажа оказалось, что биологическая активность североамериканских изолятов практически не изменилась, а биологическая активность всех других образцов резко возросла и для всех исследуемых изолятов, включая североамериканские, была практически одинакова (Shapiro et al., 1984).
Изучение биологической активности вирусных изолятов, выделенных из погибших от поли-эдроза особей непарного шелкопряда на территории Западной Сибири показало, что для гусениц II возраста величины логарифмов LC50 составляли 5.5-6.0 (Ильиных и др., 2001). По сравнению с литературными данными (Shapiro et al., 1984) вирулентность аборигенных изолятов была на 2-3 порядка ниже, чем у изолятов, выделенных из североамериканских и европейских популяций непарного шелкопряда. Биологическая активность изолятов, выделенных из погибших от полиэдро-за насекомых в различные фазы градации численности непарного шелкопряда достоверно не различалась, однако лабораторные эксперименты показали, что у 1-2-кратно пассированных аборигенных изолятов вирулентность резко возрастала и соответствовала данным, имеющимся в литературе для североамериканских образцов (Shapiro et al., 1984). Рестрикционный анализ вирусной ДНК изолятов, выделенных из погибших от полиэдроза насекомых в различные фазы градации численности, показал практически полное сходство картин электрофоретического разделения рестрикционных фрагментов, полученных с помощью эндонуклеаз BamHI, PstI, SalI, HindIII (Ильиных и др., 2001). Если провести аналогию с пассированием вирусного изолята в лабораторных условиях, которое обычно приводит к возрастанию его биологической активности (Shapiro et al., 1984; Горбунова и др., 1997), то "пассирования" вируса в природных условиях в этом случае
практически не происходило. Генетическая вариабельность изолятов, выделенных из погибших от полиэдроза особей непарного шелкопряда в различные фазы градации численности, была относительно невысокой, а биологическая активность изолятов существенно не различалась. Наиболее вероятная причина - дискретность в пространстве и времени стаций, заселенных непарным шелкопрядом, в частности, в период фазы гусеницы. Это, в свою очередь, снижало вероятность контактов между особями различных микропопуляций, а также между вирусом и насекомыми в среде обитания последних (Ильиных, 2005). Ранее было также показано, что ВЯП Colias philodice eurytheme независимо от плотности
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.