Механизмы резистентности животных, бактерий и грибов к пестицидам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Виды пестицидов

1.1 Гербициды

1.1.1 Определение и классификация гербицидов

1.1.2 Механизмы воздействия гербицидов

1.2 Фунгициды

1.2.1 Определение и классификация фунгицидов

1.2.2 Механизмы биоцидного действия фунгицидов

1.3 Инсектициды

1.3.1 Определение и классификация инсектицидов

1.3.2 Механизмы воздействия на паразитов

2. Резистентность к пестицидам

2.1 Механизмы устойчивости животных к пестицидам

2.2 Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам

2.3 Механизмы устойчивости грибов к фунгицидам

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы



ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проблема вредителей сельского хозяйства стоит очень остро перед человеком, также это касается и заболеваний растений, вызванными , например, патогенными грибами. Для борьбы с патогенными грибами используют фунгициды, для сорной растительности - гербициды, а против животных используются в общем названии пестициды (инсектициды, акарициды, родентициды).

Разработанные для борьбы с патогенами и вредителями различные классы пестицидов, в связи с естественным отбором и случайными мутациями, не всегда показывают результат, что связано с развитием резистентности, которая имеет различные механизмы функционирования. Знание и понимание механизмов невосприимчивости к пестицидам позволит совершенствовать механизмы их действия. Это положительно отразится на уровне сельского хозяйства, позволит развить новые более эффективные стратегии борьбы с вредителями и патогенами посевов. Знание механизмов функционирования систем редукции пестицидов, а также их принцип действия позволит грамотно управлять восприимчивостью животных, растений и грибов к уже существующим классам химических веществ, что более выгодно и менее дорого стояще, чем идентификация и разработка новых химикатов.



1. Виды пестицидов

1.1 Гербициды

1.1.1 Определение и классификация гербицидов

Гербициды- химические вещества, борющиеся с сорной растительностью, угнетающей или мешающей произрастанию культурных растений.

По целям гербициды делятся на: собственно гербициды (мишень - сорные растения); арборициды (угнетают кустарниковую растительность); альгцициды (борются с водной растительностью).

По характеру воздействия на растения гербициды делятся на препараты сплошного и избирательного действия. Гербициды сплошного действия вызывают гибель любой травянистой растительности, поэтому, например, применяются при подготовке полей на посев. Гербициды избирательного действия действуют исключительно на сорные растения в посевах культурных. Их избирательность определяется как особенностями биохимии, так и топографией растения, например, опушением листа, его положением, защищенностью апикальной меристемы, а также типом корневой системы [15]. В свою очередь эти группы делятся на контактные, не способные к передвидвижению по проводящим системам растения, и системные.

По механизмам действия гербициды подразделяют на:

- разрушающие мембрану гербициды применяются поле всхода ростков, так как практически не обладают почвенной активностью, а также способностью к активному перемещению по тканям. Поэтому обработка должна быть тщательной. Также они отличаются быстрым развитием симптомов отравления (несколько часов). К ним относят бипиридилы (дикват), дифенилэфиры (Na-ацифлуорфен, оксифлуорфен), триазолиноны (карфентразон-этил);

- ингибиторы синтеза аминокислот активно перемещаютсяпо растению в меристематические ткани. Делятся на:имидазолиноны (имазамокс, имазетапир);сульфонилмочевины (хлорсульфурон, никосульфурон); производные фосфоновой кислоты (глифосат). Первые два класса способны к передвижению по ксилеме и флоэме, поэтому могут быть применены и на корни, и на листья, глифосат- только через листья и обладает ограниченной подвижностью в растении, также это более опасный для здоровья теполокровных гербицид;

- ингибиторы фотосинтезаявляются наиболее безопасными гербицидами, так как они воздействуют на процессы, имеющие место лишь в растительных клетках. Это высокотоксичные как для двудольных, так и для однодольных растений. Делятся на контактные (тиадиазины ,нитрилы) и системные (триазины,карбаматы, пиридазиноны, триазиноны). Контактные, в отличие от системных, предназначены для обработки вегетативных частей растения, так как в не способны к перемещению по частям растения;

- ингибиторы синтеза пигментов (в основном, каротиноидов)Им свойственно перемещение преимущественно по ксилеме, поэтому это почвенные гербициды, всасываемые корнями.К ним относятся циклогександионы (клетодим, мезотрион), изоксазолидиноны (кломазон), фторсодержащие соединения (флурохлоридон, изоксафлютол);

- ингибиторы синтеза жировне способны передвигаться по ксилеме, поэтому почвенной активностью не обладают. Это высокотоксичные гербициды избирательного действия для однодольных, двудольные растения обладают устойчивостью. Это циклогександионы(клетодим, сетоксидим),арилоксифеноксипропионаты(фюзилад, флуазифоп-П-бутил)ибензофураны(этофумезат);

- ингибиторы меристематического митоза (ингибиторы проростков) обладают незначительной способностью к перемещению по растению, поглощаются преимущественно корнями. К ним относятсядинитроанилины (трифлуралин, пендиметалин)- подавляющие корневую меристему и хлорацетамиды (ацетохлор)- ингибиторы меристемы побегов;

- гормоноподобные гербицидыявляются синтетическими гормонами растений и применяются против двудольных сорняков в посевах зерновых культур, т.к. в последних имеют крайне малую способность к передвижению Целесообразно избегать применения в фазы начального роста и репродукциизлаковых из-за их чувствительности к действию гербицида.К ним относятся феноксиуксусные кислоты (2,4-Д, 2М-4Х), бензойные кислоты (дикамба), хинолинкарбоновые кислоты (квинклорак), пиридинкарбоновые кислоты (флуроксипир, клопиралид).

1.1.2 Механизмы воздействия гербицидов

В основе действия гербицидов на сорные растения лежат различные механизмы. Они тесно связаны со способностью химического вещества к перемещению по растению, его поглощению и влиянию на метаболические цепочки.

Разрушающие мембрану гербициды воздействуют на остатки жирных кислот в мембране клеток. Окисляясь до супероксидрадикала и гидроксирадикала, они инициируют цепь реакций ПОЛ.Такой тип реакций запускается солнечным светом. Также существуют ингибиторы протопорфириноген оксидазы - фермента, способствующего превращению протопорфириногена IX в про-топорфирин IX, последний в свою очередь входит в состав хлорофилла. Эти процессы приводят к разрушению клеточной мембраны и выходу всего содержимого клетки в межклеточное пространство, что приводит к некрозу тканей растения. Обладают крайне низкой способностью к перемещению между тканями растения, поэтому практически не действуют на подземные части многолетних сорняков.

Ингибиторы синтеза аминокислот подавляют растительные энзимы, ответственные за синтез основных аминокислот:валин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан и лейцин, и действуют в меристематических тканях, в которых наблюдается наибольшая метаболическая активность. Это приводит к нарушению синтеза многих белков и последующему угнетению роста растения. Например, сульфоанилмочевины и имидозалиноны действуют на синтез аминокислот, происходящий в хлоропластах, путем связывания энзима ацетолактатсинтазы, или ацетогид-роксикислотасинтазы, катализирующего первый этап биосинтеза, что приводит к дефициту лейцина ,изолейцина и валина. Фосфорорганические гербициды являются другим примеромингибированиясайта синтеза аминокислот, ЕПШФ-синтазы (5-енолпирувилшикимат-З-фосфатсинтаза) - ключевой фермент биосинтеза ароматических аминокислот, при этом нарушается синтез триптофана, тирозина и фенилаланина[3].Фосинатугнетает лигазуглутаминсинтетазу, катализирующую в присутствии АТФ образование L-глутамина из L-глутаминовой кислоты и аммиака.

Ингибиторы фотосинтеза при попадании в хлоропласты блокируют транспорт электронов по ЭТЦ. Например, контактные ингибиторы связывают белок D1, входящий в состав реакционного центра. Также они подавляют фотолиз воды, этому сопутствует нарушение синтеза молекул АТФ, водного обмена, ассимиляция углекислоты,разрушаются хлоропласты[4].Системные ингибиторы действуют похожим способом, связываясь с D1 вместо пластохинона, который участвует в дальнейшем переносе электрона.

Ингибиторысинтеза каротиноидов подавляют активность энзима, ответственного за синтез ж-каротина,что приводит к невозможности синтеза в- зеакаротина, г-каротина и в-каротина. Каротиноиды участвуют в переносе энергии фотона к хлорофиллу и в его защите от фотоокисления. Также этот класс веществ способен подавлять синтез тетра- и ди- терпенов, которые являются предшественниками в-каротина и гормонов( гибберелинов), отвечающих за рост и развитие растений соответственно[4].

Ингибирующие синтез жиров гербициды действуют через угнетение синтеза ацетил-коэнзима Акарбоксилазы, который участвует в первой стадии синтеза жирных кислот. Также может прерываться синтез длинноцепочных жирных кислот, являющихся промежуточной стадией в синтезе растительных восков и суберина, участвующих в защите вегетативных частей растения.

Динитроанилины как ингибиторы корневой меристемы участвуют в остановке синтеза тубулина, что приводит к нарушению митоза. Первичный эффект связан с нарушением процессов синтеза РНК, ДНК и нуклеиновых кислот[4,5].Хлорацетанилиды участвуют в блокировке ферментов, содержащих сульфогидрильные группы, что приводит к подавлению окислительного фосфорилирования и нарушению синтеза белков[5].Также блокируется синтез длинноцепочных жирных кислот(18-22 атомов С), в результате становится невозможным формирование клетки.

Гормоноподобные гербициды действуют по принципу растительного гормона ауксина, ответственного за рост клеток. При его избытке запускается механизм, активирующий синтез этилена, ингибирующего рост корней и побегов[5]. Это приводит к усиленному увеличению клеток в объеме за счет запасания большого количества воды, но при этом питательные вещества находятся в дефиците.

1.2 Фунгициды

1.2.1 Определение и классификация фунгицидов

Фунгициды- это особый класс веществ, имеющих химическое или биологические происхождение, который предназначен для борьбы с патологиями, связанными с паразитизмом грибов на растениях, таких как серая и белая гниль, ржавчина и другие. Также обработка фунгицидами может предотвращать гниение древесины.

По характеру действия фунгициды делятся на защитные -профилактические- ,которые предупреждают заболевание, но неспособны его вылечить, и лечащие (искореняющие, терапевтические).

Защитные фунгициды подразделяются на контактные и системные. Контактные фунгициды действуют на возбудитель при непосредственном контакте с ним, не проникая в само растение, только находясь на его поверхности. В таком случае угнетаются репродуктивные органы грибов, что препятствует заражению частей растений с поверхности. Системные фунгициды внедряются в тканевые структуры травянистых растений через корневую систему, оказывая антигрибное действие даже в отдаленных от места нанесения частях растений. Они более эффективны вследствие задерживания в растении и способности оказывать профилактическое действие. Редко встречаются фунгициды, сорбируемые листьями и проникающие далее в растение по цитоплазме.

Лечащие фунгициды не способны к циркуляции по растению и обладают локальным проникающим действием. Подразделяются на вещества неизбирательного- или сплошного- и избирательного действия. Первые угнетают репродуктивные, зимующие и вегетативные формы, вторые - вегетативные и репродуктивные органы гриба.

По химической природе фунгициды подразделяются на неорганические и органические биофунгициды. К неорганическим препаратам принадлежат две группы фунгицидов: медьсодержащие (хлорокись меди (комплекс гидроксида и хлорида меди), закись меди (оксидмеди (I), и др.) и серусодержащие (молотая сера и др.).Также к ним относятся соединения ртути (сулема,), никеля (сернокислый никель), железа (железный купорос), марганца и калия. Органические фунгициды: фосфорорганические соединения, хлорпроизводные ароматических углеводородов,производные гетероциклических соединений, дитиокарбаматов, серной кислоты, тиоцианатов ароматическогоряда, фенола, соли нафтеновых кислот, нитросоединения, оловоорганические ,ртутьорганические соединения, хиноны.

По природе воздействия фунгициды подразделяются на истинные -токсичные для грибов и их спор вне растений, тогдаклетка перестает функционировать из-за прямого вмешательства в ее биохимические процессы; псефдофунгициды - активирующиеся при попадании возбудителя внутрь растения; микробные антагонисты - авирулентные штаммы микроорганизмов[5].

По цели применения:- протравители зерен - вещества для обеззараживания семенного материала;

-фунгициды, обеззараживающие парниковую почву при рассадке однолетних саженцев;

- фунгициды обработки долголетних растений в период покоя, уничтожающие зимующих возбудителей;

- фунгициды для обработки растений в период их активного развития и роста.

По механизмам действия фунгициды можно разделить на ингибиторы энергетического метаболизма и ингибиторы биосинтетическихпроцессов.

1.2.2 Механизмы действия фунгицидов

Ингибиторами дыхания являются стробилурины контактного лечащего действия, ингибирующие транспорт электронов в комплексе цитохром-bc во внешней мембране митохондрий, а также карбоксамиды- ингибиторы сукцинатдегидрогеназы - фермента, катализирующего реакцию окисления сукцината в ЦТК. Также может нарушаться синтез АТФ.Бинапакрил и каратанпод воздействием ферментов грибов высвобождают динитрофенол, ингибирующий митохондриальное окислительное фосфорилирование.

Гризеофульвин и полиоксины действуют нахитинсинтетазу, катализирующую последнюю стадию синтеза хитина.?Полиоксин Д реагирует с активным центром хитинсинтетазы вследствие сходства нуклеозидной части его молекулы со структурой субстрата фермента - УДФ-М-ацетилглюкозамина.

К ингибиторам синтеза стеринов,ответственных за проницаемость мембран, относят пиримидины, триазолы, пиридины, пиперазоны, которые подавляют действие C-14-деметилазы, отщепляющей метильную группу при синтезе ланостерина. Также производные морфолинов способны воздествовать на процесс изомеризации, ингибируя дельта-14-редуктазу и дельта-8-дельта-7 изомеразу. Азолы, например, способны действовать на синтез стерола, гемцитохромаP 450, другиеP 450, 14-а-диметилазу, CYP51, CYP61 - гены в суперсемействеP 450[16].

Тиофанаты и бензимидазолы способны связываться с белками тубулинами, образующими микротрубоки, что сказывается на процессе деления ядра, а также внутренней организации клетки. Гидрокси-2-аминопиримидины способны выключать аденозиндезаминазу, ответственную за синтез аденозина, а фениламиды (метаксалил) способны подавлять синтез нуклеиновых кислот путем взаимодействия с комплексом РНК-полимераза, при этом ингибируется синтез РНК, содержащих полиадениловую кислоту [4].Дикарбоксимиды, например, могут влиять на функции ядра и клеточной стенки одновременно.

В нарушении процессов биосинтеза фосфолипидовпутем инактивацииаденозилметионинметилтрансферазы, превращающейфосфатидилэтаноламинв фосфатидилхолин (лецитин),участвует гуазатин.

Синтез клеточной стенки ингибируют коричные кислоты и их производные (морфолины). Этим они хорошо препятствуют образованию спор грибов.

Также в качестве ингибиторов различных ферментов, содержащих SH-группы могут выступать неорганические соединения меди, помимо этого они способны вызывать денатурацию белков, как и многие другие соли тяжелых металлов.Фунгицидность серы связана с ее активностью - она проникает в споры гриба благодаря растворению в липидах, и являясь акцептором водорода, нарушает течение реакций гидрирования дегидрирования. При этом образуется сероводород. Этот процесс тесно связан с прорастанием спор и жизнеспособностью гриба. Споры, потерявшие способность к прорастанию, не могут образовывать сероводород из серы. Элементарная сера может связывать металлы (железо, медь, марганец, цинк), входящие в состав ферментов, и образовывать сульфиды.

1.3 Инсектициды

гербицид инсектицид антибиотик фунгицид

1.3.1 Определение и классификация инсектицидов

Инсектициды- химические вещества, борющиеся с вредителями растений и их яйцами.

По спектру действия различают инсектициды сплошного и избирательного действия. Первые действуют на различные таксоны насекомых одновременно, вторые специализированы и борются с конкретным вредителем и делятся на афициды (от тли), инсектоакарициды (от насекомых и клещей), нематициды (от круглых червей),вермициды (от червей), скелциды (от щитовок), ларвициды (от личинок).

По способу проникновения делятся на контактные, кишечные, системные и фумигационные. А также могут быть аттрактантами, феромонами, либо же репеллентами.

По химическому составу различают классы:

-фосфоорганические пестициды имеют низкую избирательность действия, поэтому высокотоксичны для человека и животных, это основная часть аскарицидов с системным действием. Практически не проникают в растение и имеют короткий срок защитного эффекта. По отношению к ним быстро формируется резистентность у вредителей. ДДТ, ГХЦГ.

-производные карбаминовой кислоты-ингибиторы никотин-ацетилхолиновых рецепторов (спиносины). Многие запрещены из-за высокой токсичности для животных. Способны длительное время защищать растение, хорошо поступают в растение из почвы и обработанных семян.

-авермектины- высокоэффективные инсектоакарициды, получаемые в результате жизнедеятельности грибов Streptomycesavermitilis. Обладают контактно-кишечным действием. Они токсичны для большинства водных беспозвоночных и рыб, поэтому нельзя допускать попадания препаратов в естественные водоемы.На пчел действуют со средней токсичностью, но после высыхания на поверхности листьев препараты не представляют опасности для насекомых-опылителей[5].

- ювеноиды обладают низкой токсичность для теплокровных и других позвоночных животных, обладают высокой избирательностью и видоспецифичностью. Например, феноксикарбобладает высокой избирательностью действия, безопасны энтомофагов и полезных видов, для рыб и птиц почти не токсичен, быстро разлагается в воде и почве, медленно - в растении. А фенпроксимат очень токсичен при ингаляции, обладает средней токсичностью.

-пиретроиды-инсектициды контактного и кишечного несистемного действия - не имеют избирательности, эффективные в борьбе с чешуекрылыми, мухами, жуками и паразитами животных. Выделяются из растительного сырья, и при соблюдении норм являются малотоксичными. При неоднократном применении к ним быстро появляется устойчивость.

-неоникотиноиды- инсектициды контактно-кишечного действия.Обладают малой или средней токсичностью для человека. Важно отметить, что циркулируя по растению(флоэме), они не достигают плодов, что важно для безопасности для человека. Применяются против листо-грызущих и колюще-сосущих насекомых.

По механизму действия инсектициды делятся на:

- вещества, нарушающие функции нервной системы (нарушающие прохождение нервного импульса по аксону, действующие на натрий-калиевые каналы и обмен кальция- синтетические пиретроиды и галогенпроизводные углеводородов, а также ингибиторы ацетилхолинэстеразы- ФОС, карбаматы);

-вещества, блокирующие постсинаптические рецепторы (холинэргические рецепторы, реагирующие на никотин: неоникотиноиды, бенсултап; и рецепторы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата: авермектины и фенилпиразолы);

-ингибиторы окислительногофосфорилирования (феназахин, пиридабен);

-ингибиторы синтеза хитина (производные бензоилмочевины)[5].

1.3.2 Механизмы действия на паразитов

Пиретроиды, а также неоникотиноидыактивируют Ca-каналы на пресинаптической мембране, приводя к выделению излишнего количества ацетилхолина в синаптическую щель. На постсинаптической мембране пролонгируется открытие Nа-каналов, что приводит к стойкой деполяризации мембраны и гипертрофированной возбудимости, которая ведет к параличу. Также неоникотиноиды подавляют активность ацетилхолинэстеразы, являются агонистами никотин-ацетилхолиновых рецепторов постсинаптической мембране.Авермектиныстимулируютпредсинаптическое выделение ингибирующей нейропередатчикгамма-аминомасляной кислоты (ГАМК- медиатор, регулирует прохождение нервного импульса через хлорионные каналы в мембранах нервных клеток), соединяясь с послесинаптическими рецепторами. Происходит замедление передачи импульсов на нервно-мускульные связки. В результате снижается устойчивость мембран клеток мышц, что приводит к параличу[6].Фенилпиразолы, в отличие от авермектинов, блокируютвыделение ГАМК.Карбаматыугнетают ацетилхолинэстеразу нервной системы,способствующую гидролизу нейротрансмиттерного ацетилхолина в холин и уксусную кислоту)[5].

Ювеноиды, как синтетические аналоги гормонов метаморфоза насекомых, влияют на развитие насекомых на стадиях эмбрионального развития, личиночно-имагинального развития с неполным метаморфозом или личиночно-куколочно-имагинального развития с полным метаморфозом, а также на формирование и созревание половой продукции[6]. Также на развитие личинок влияют ингибиторы синтеза хитина, которые блокируют процесс эмбриогенеза личинок насекомых и некоторых клещей, а также оказывают стерилизующее действие.

Пиридабен как ингибитор митохондриального дыхания препятствует прохождению электронов по ЭТЦ в митохондриях.



2. Механизмы устойчивости животных, бактерий и грибов к пестицидам

2.1 Устойчивость животных к пестицидам

Приобретённая устойчивость возникает в результате систематического многократного применения одних и тех же пестицидов и является способностью организмов выживать и размножаться в присутствии химического вещества, которое раньше подавляло их развитие. Различается несколько видов резистентности:-специфическая-приобретённая устойчивость к одному конкретному пестициду.

-групповая - устойчивость к препаратам, относящимся к одной группе по химическому строению и обладающим одинаковым механизмом действия.

-перекрестная - устойчивость к двум и более пестицидам, относящимся к разным классам, возникающая при применении одного из этих пестицидов. Это обусловлено универсальностью механизма детоксикации пестицидов разных химических классов.Например, множественные обработки фосфорорганическими препаратами могут приводить к развитию у насекомых перекрестной устойчивости к пиретроидам. Формирование кросс-резистентности характерно также для ФОС и карбаматов, ДДТ и пиретроидов и т.д.

-множественная - это устойчивость популяции сразу к нескольким препаратам из разных химических классов, обусловленная генетически разными механизмами. Формируется в результате образования достаточного количества особей со специфической или групповой устойчивостью к различным пестицидам, что при скрещивании даёт в потомстве часть особей со множественной устойчивостью к этим группам токсикантов.

Существует несколько основных механизмов, благодаря которым у насекомых развивается устойчивость к пестицидам.

Метаболическая устойчивость отвечает за детоксикацию или уничтожение токсина путем расщепления ферментными системами такими как моноксигеназы (МО), глутатион-s-трансферазы и неспецифических эстеразы, или же ускоряя выведения молекул токсиканта через мембрану клетки.

Физиологическая резистентность проявляется в уменьшении проницаемости кутикулы насекомых для инсектицидов. Это достигается путем увеличения в эпикутикуле резистентных насекомых жирных кислот, что уменьшает проницаемость их покровов.Например, резистентные особи хлопковой совки содержали на 60% больше липидов, чем особи чувствительной линии[7].Повышение уровня невосприимчивости у клопов Cimexlectularius L.коррелирует с увеличением транскрипции генов белка кутикулы типа CPR[13], а уасинфосметилоустойчивыхколорадских жуков отмечается повышенный уровень мРНК трех предполагаемых кутикулярных,чем у восприимчивых особей [14].

Значительную роль играет нечувствительность нервной системы (kdr-фактор). Она обусловлена рецессивным геном, расположенным на III хромосоме и впервые была обнаружена у комнатных мух в 1951 г. Kdroпределяет устойчивость к ДДТ, его аналогам, пиретринам и пиретроидам. Резистентность kdr- и super-kdr-типа вызвана точечными мутациями в гене Vssc 1 натриевого канала, белки которого более не способны связываться с инсектицидом, а точечные мутации в области III нейронального канала Na дрозофилы дают устойчивость к алетрину.Также в канале ионизированного ионного канала г-аминомасляной кислоты (ГАМК), закодированном геном Rdl, замены аланина 301связаны с высоким уровнем резистентности[12]. У клопов мутации V419L и L925I в гене б-субъединицы натриевого канала были идентифицированы как очень важные замены, ответственные за устойчивость к дельтаметрину[14].Примером изменения чувствительности мишени для токсических веществ также являетсяснижение чувствительности к действию инсектицидов у мутантной формы ацетилхолинэстеразы (AChE), это один из основных механизмов резистентности насекомых к ФОС[7].

Механизм детоксикации, включающий активную деградацию инсектицида, наблюдался у двух видов мух, в которых структурные мутации возникали в специфических карбоксилестеазах, которые превращали их в кинетически неэффективные, но, по-видимому, физиологически достаточные органофосфатные гидролазы. Высокий уровень резистентности к ДДТ, обнаруженный во многих штаммах D. melanogaster , обусловлен приблизительно 100-кратным повышением регуляции специфического фермента P450 (Cyp6g1). Так как в геноме множество генов цитохромаP450 , и их количество может доходить до ста, многие другие из них также могут вызывать резистентность к пестицидам.GST, как важный фермент защиты от оксидативного стресса и детоксикант, присутствует как в позвоночных, так и беспозвоночных. Он способен играть две разные роли в метаболизме инсектицидов, первая - связывание и секвестрирование инсектицидов, а вторая - защита от окислительного стресса, вызываемого побочным продуктом инсектицидной токсичности(пиретроидами) [12].Также существует возможност существования эпигенетических факторов, обуславливающих невосприимчивость животного к пестициду.

2.2 Механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам

Приобретенная устойчивость бактерий к антибиотикам может объясняться внехромосомными факторами наследственности:плазмидами, транспозонами и Is-последовательностями. Особенность плазмид состоит в их возможности существовать отдельно от хромосомы и самостоятельно реплицироваться, перенося информацию между клетками, в то время как генные кассеты переносят информацию в пределах клетки. Например, конъюгативныетранспозоны и конъюгативныеплазмиды переносят гены резистентности и мобилизуют перенос элементов,включающих гены резистентности, транспозоны перемещают гены антибиотикорезистентности от плазмиды к хромосоме и наоборот[7]. Устойчивость бактериальной клетки к антибиотикам обеспечивает R-плазмида, ответственная за генетический контроль уровня чувствительности к бактериоцидам. Существует 2 механизма формирования резистентности: приобретение новых генов детерминант резистентности вместе с плазмидами и модификация собственного генома. Исследования L. Gorini, E. Kataja, 1964; P. Traub, М. Nomura, 1968показали, что стрептомицин инактивирует 30 S-субъединицу рибосомы за счет взаимодействия с 10-м белком, входящим в ее структуру, в результате чего нарушается трансляция генетической информации и искажается синтез полипептидной цепи. Мутация по гену str А приводит к изменению структуры 10-го белка, в результате чего последний теряет способность взаимодействовать с антибиотиками[8].Известено также, что бактерии способны синтезировать белки, связывающиеся с мишенью и защищающие ее.

Наиболее распространена ферментативная инактивация молекул антибиотика путем модификации, связывания, либо полного разрушенияпоследнего.Этот тип резистентности контролируется главным образом R-плазмидами, несущими различные комбинации генов резистентности к следующим антибиотикам: ампициллину, хлорамфениколу, канамицину, стрептомицину, спектиномицину, гентамицину и тетрациклину. Устойчивость к пенициллину связана с синтезом пенициллиназы (Я-лактамазы), которыйгидролизуетЯ-лактамное кольцо пенициллина и контролируется одним из генов R-фактора [8] .Инактивация стрептомицина заключается в присоединении к 3-ОН-группе антибиотиков фосфата или АМФ, донором которых является АТФ.Резистентность к хлорамфениколу определяется действием хлорамфениколацетилтрансферазы, превращающейхлорамфеникол в неактивный О-ацетилдериват.

Модификация молекулы-мишени может происходить либо за счет возникновения спонтанных генных мутаций ,например мутации в генах, кодирующих, рибосомальный белок RpsL, в-субъединицу ДНК-зависимой РНК-полимеразы и фермент ДНК-гиразу, что придаёт клетке устойчивость к стрептомицину, рифамицину и хинолонам, соответственно[10], либо за счет продукции генов, предающихся с помощью горизонтального переноса, нарушающая полностью или частично возможность связывания с антибиотиком. Этот механизм работает в отношении антибиотиков, нарушающих функционирование рибосом. Также, появление генатесАу Staphylococcusaureusведет к невосприимчивости к метициллину или флуклоксациллину, при этом кодируется альтернативный пенициллинсвязывающий белок (РВР2), не чувствительный к метициллину.

Также механизмом резистентности является ограничение доступа антибиотика к мишени и представляется в виде двух путей: активное выведение молекул из клетки, либо изменение проницаемости внешних мембран, они между собой связаны. Это достигается за счет мутаций, ведущих к частичной или полной утрате поринов - белков, образующих каналы переноса молекул. Мутации в структуре поринаOprD вместе с продукцией гена AmpC являются причиной устойчивости к имипенему у Pseudomonasaeruginosa. Дефекты OprD формируют устойчивость у Klebsiellaspp. к антибиотикам в-лактамного ряда, тетрациклинам, фторхинолонам и хлорамфениколу[9].

Также обнаружен механизмобразование метаболического “шунта”. Например, ванкомицин связывается с предшественником основного компонента клеточной стенки энтерококков, поэтому у устойчивых штаммов синтезируется его модифицированный предшественик.Синтез является результатом активности как минимум 7 генов, объединенных в оперон, входящий в транспозон Tn1546. Два из входящих в оперон генов (vanR и vanS) кодируют систему регуляции экспрессии резистентности. Продукт гена vanS является сенсором присутствия ванкомицина в окружающей среде, а продукт гена vanR является регулятором синтеза продуктов генов vanA, vanH и vanX. Экспрессия генов оперона устойчивости индуцируется только после воздействия на клетку ванкомицина[10].

2.3 Механизмы устойчивости грибов к фунгицидам

Устойчивость гриба к фунгициду может возникнуть в результате изменения мишени действия, изменения проницаемости грибной клетки для пестицида. Все это - результат возникновения случайной мутации и фунгицида как фактора отбора. Мутации могут быть введены ультрафиолетовым облучением, что имеет особое значение для ветровых непигментированных спор, таких как конидии порошкообразной плесени[18].

Наиболее встречающийся механизм резистентности - детоксицирующие ферменты, разрушающие фунгицид. Также существуют, например, белки, появившиеся для выведения химического вещества из мицелия. Двумя основными классами транспортерных белков являются ATP-связывающая кассета (ABC) и основные переносчики суперсемейства (MFS). Члены обоих классов могут иметь широкие и перекрывающиеся субстратные особенности для естественных токсичных соединений и могут рассматриваться как “защитный барьер первой линии”[19]. Еще один механизм устойчивости грибов - модификация плазматических мембран приводит к снижению проницаемости фунгицида, либо путем синтезом ферментов которые деградируют молекулы фунгицидов.

Стробилурины, ингибирующие активность цитохромаb, теряют эффективноть, если в нем произошла точковая мутация в гене, отвечающем за способность связываться этого фермента с фунгицидами.устойчивая форма возбудителя мучнистой росы отличается от чувствительной заменой глицина на аланин в положении 143 в цитохромеb [17].Мутации, опосредующие обмен G143A- или F129L, приводят к полной потере или резкому снижению эффективности фунгицидов [18]. Мутация E198A в в-тубулинеоказывает сопротивление карбендазиму в Podosphaeraxanthii и Schizosaccharomycespombe, вследствие чего мишень химически не способна связываться с фунгицидом. Ктриазольным фунгицидам существует три основных механизма резистентности: точечные мутации в гене Cyp51 (также известный как ERG11 ), сверхэкспрессия Cyp51 и сверхэкспрессия генов, кодирующих эффлюкс- насосы, удаляющие вредные вещества из клетки.QoI-фунгициды, которые препятствуют дыхательной цепи патогена путем связывания с центром окисления ubiquinol (Qo) комплекса фермента цитохрома bc1 (комплекс III) 8 быстро развивают к себе резистентность. Сопротивление QoI в значительной степени связано с одной аминокислотной заменой в целевомцитохромовом b-белке (CYTB) возбудителя. Основными заменами или изменениями являются: глицин (G) в аланин (A) в положении 143 (G143A), фенилаланин (F) в лейцин (L) в положении 129 (F129L) и глицин (G) в аргинин (R) при позиция 137 (G137R). В большинстве случаев мутация G143A приводит к высокому сопротивлению, тогда как мутации F129L и G137R приводят к умеренному сопротивлению [20].



ВЫВОДЫ

1. Был проведен литературный анализ по различным группам пестицидов: инсектицидов, фунгицидов и гербицидов и рассмотрены механизмы их действий,состав и область применения.

2. Показано, что у животных, грибов и бактерий имеются схожие механизмы резистентности: изменение мишени, детоксикация путем разложения химического вещества ферментами, уменьшения проницаемости стенок клеток.

3. Мутации, относящиеся к невосприимчивости, чаще всего возникают в суперсемействеP 450, у бактерий мутации связаны с транспозонами и плазмидами и находятся в R-факторе.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Захаренко, В. А. Гербициды / В. А. Захаренко. - М.: Агропромиздат, 1990. - 240 c.

2. Голышин, Н. М. Фунгициды / Н. М. Голышин. - М.: Колос, 1993. - 319 c.

3. Куликова, Н. А. ГЕРБИЦИДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ / Н. А. Куликова, Г. Ф. Лебедева. - М.: URSS, 2010. - 152 c.

4. Зинченко В.А. Химическая защита растений: средства, технология и экологическая безопасность/ В.А. Зинченко - М.: Колос, 2005.

5. Пестициды.ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.pesticidy.ru/, свободный. - Загл. с экрана.

6. Ганиев, М. М. Химические средства защиты растений / М. М. Ганиев, В. Д. Недорезков. - М.: КолосС, 2006. - 248 c.

7. PublishinghouseEducationand Science s.r.o. [Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://www.rusnauka.com/, свободный. - Загл. с экрана.

8. Большая Медицинская Энциклопедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://бмэ.орг/index.php/Заглавная_страница/, свободный. - Загл. с экрана.

9. Бисекенова, А. Л. Молекулярные механизмы резистентности грамотрицательных микроорганизмов - возбудителей инфекций к бета-лактамным антибиотикам / А. Л. Бисекенова. и др. // ВЕСТНИК КАЗНМУ. - 2015. - 3. - С. 223-227.

10. Петрова М.А. Основные механизмы устойчивости к антибиотикам у бактерий ИМГ РАН [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.img.ras.ru/ru, свободный. - Загл. с экрана.

11. Сидоренко, С. В. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ РЕЗИСТЕНТНОСТИ К АНТИБИОТИКАМ / С. В. Сидоренко, В. И. Тишков. // Успехи биологической химии. - 2004. - 44. - С. 263-306.

12. Richard, H. ffrench-Constant. The Molecular Genetics of Insecticide Resistance / H. ffrench-Constant. Richard. и др. // Genetics. - 2013. - 194. - С. 807-815.

13. Koganemaru, R. Robust cuticular penetration resistance in the common bed bug (Cimexlectularius L.) correlates with increased steady-state transcript levels of CPR-type cuticle protein genes / R. .Koganemaru. и др. // PesticBiochemPhysiol.. 2013. - 106(3). - С. 190-197.

14. Zhu, F., Gujar, H., Gordon, J.R., Haynes, K.F., Potter, M.F. &Palli, S.R. Bed bugs evolved unique adaptive strategy to resist pyrethroid insecticides // Sci.Rep. 3, 1456; -2013. -DOI:10.1038/srep01456

15. Илларионов, А. И. Методы защиты растений от вредных организмов: Учебное пособие / А. И. Илларионов.и др. - Воронеж : ФГОУ ВПО ВГАУ, 2007. - 251 c.

16. Захарченко, В. А. Проблема резистентности вредных организмов к пестицидам - мировая проблема / В. А. Захарченко.и др. // Вестник защиты растений. - 2001. - 1. - С. 3-37.

17. Тютерев, С. Л. Проблемы устойчивости фитопатогенов к новым фунгицидам / С. Л. Тютерев. и др. // Вестник защиты растений. - 2001. - 1. - С. 38.

18. Holger, B. Deising. Mechanisms and significance of fungicide resistance / B. Deising. Holger. и др. // Brazilianjournalofmicrobiology. - 2008. - 39(2). - С. 286295.

19. DelSorboG. Fungal transporters involved in efflux of natural toxic compounds and fungicides / SorboG.Del. идр. // Fungal genetics biology: FG & B. - 2000. - 30(1). - С. 1-15.

20. Yuxin, Zhou. Resistance Mechanisms and Molecular Docking Studies of Four Novel QoI Fungicides in Peronophythoralitchii / Zhou. . Yuxin. идр. // Scientific reports. - 2015. - 5. doi: 10.1038/srep17466

Размещено на Allbest.ru

...