Новый способ сократить инфекции — распыление стерильных комаров из дрона

От трансмиссивных заболеваний, которые передаются человеку кровососущими насекомыми, в том числе комарами, ежегодно погибает около 1 млн. человек. В частности, комары переносят малярию, лихорадку денге и вирус Зика. Ученые всего мира занимаются не только разработкой вакцин и препаратов для лечения людей, но и внедряют все новые способы контроля популяций насекомых-переносчиков.

Метод стерильных насекомых (МСН) используется в борьбе с вредителями в сельском хозяйстве и является весьма перспективным в отношении распространителей инфекций. 

Контейнер с 50 000 маркированных стерильных комаров Aedes aegypti. Изображение: J.Bouyer, N.J. Culbert et al./ Science Robotics, 2020

В лабораторных условиях самцов одного вида облучают для стерилизации, после чего выпускают в дикую природу в определенное время и при определенных условиях. Там эти комары смешиваются со своей популяцией и спариваются, но не оставляют потомства. Позднее численность популяции поэтому снижается.

Этот метод борьбы с комарами-переносчиками инфекций становится все более популярным из-за ограничения использования других способов, таких как применение инсектицидов. Крайне важно выпускать стерильных комаров в воздухе, чтобы обеспечить однородное распространение, особенно на больших территориях — это и есть основная сложность данного метода.

Международная команда ученых создала полностью автоматизированную и безопасную систему дозированного выпуска стерильных комаров, управляемую с беспилотника, в котором находится около 50 000 насекомых. Дрон был опробован в реальных условиях и изобретение прошло все полевые испытания. Разработка опубликована в Science Robotics.

Система распыления стерильных комаров в работе. Изображение: J.Bouyer, N.J. Culbert et al./ Science Robotics, 2020

Первое тестирование проводилось в лабораторных условиях в Зайберсдорфе (Австрия), второе (полевые испытания) — в деревне Карнаиба-До-Сертау (Бразилия). Ученые отобрали самцов желтолихорадочного комара (Aedes aegypti), стерилизовали их и пометили — это обычная рутина для метода стерильных комаров. Однако далее впервые использовался дрон — гексакоптер с креплением, на которое повесили устройство для выпуска насекомых. Также на основе Android было разработано специальное программное обеспечение для автономного управления полетом.

Механизм распыления представляет собой контейнер с насекомыми и цилиндр с выемками для комаров, каждая из которых вмещает около 800 особей. Шаговый двигатель вращает цилиндр, и при каждом повороте в выемку попадает «порция» комаров. В то же время из выемки снизу аналогичное количество насекомых выпадает на площадку, с которой сыплется вниз.

Механизм для распыления стерильных комаров. Изображение: J.Bouyer, N.J. Culbert et al./ Science Robotics, 2020

Также ученые решили проблемы уплотнения комаров в системе, позволяющее штабелировать достаточное количество особей за полет, и охлаждения для их полной иммобилизации. Кроме того, был продуман контроль расхода выброса комаров без причинения им травм.

Перед полетом в дроне размещали охлажденный контейнер с обездвиженными из-за холода комарами. Для контроля всех процессов там же находились две камеры и датчики влажности и температуры. Плотность особей внутри контейнера, скорость вращения цилиндра и другие параметры подбирались опытным путем.

Полевые испытания системы провели в два этапа. На первом в разное время и с разной высоты (с земли, с 50 и 100 м)  было выпущено свыше 50 000 комаров с различающейся разметкой. Второй этап заключался в выпуске со 100-метровой высоты свыше 165 000 комаров

Результаты эксперимента в Карнаиба-ду-Сертау, Бразилия. Изображение: J.Bouyer, N.J. Culbert et al./ Science Robotics, 2020

Ловушки, расставленные на территории эксперимента, показали, что чем выше находится дрон, тем больше радиус распространения комаров, а распыление с высоты гораздо эффективнее выпуска насекомых с земли. Кроме того, при полевых испытаниях доля нежизнеспособных яиц комаров, оказавшихся в ловушках, была в 1,5 раза больше, чем в соседних зонах, где стерильных комаров не распыляли. Таким образом, конечная цель эксперимента была достигнута — выпуск стерильных комаров из  беспилотного аппарата оказался эффективнее, чем с земли.