Upoznajte bakterije koje uništavaju maslinike i vinograde

Rezime

Xylella fastidiosa je bakterija koja uzrokuje bolesti biljaka, uključujući Olive Quick Decline Syndrome (OQDS), s godišnjim ekonomskim učinkom od preko 5.5 milijardi eura. Bakterija se može širiti kroz biljke putem ksilema, što dovodi do nedostatka vode i nedostataka elemenata, uzrokujući simptome bolesti, a napori da se kontrolira usredotočeni su na prevenciju, suzbijanje i istraživanje metoda liječenja.

Jedan od Europske unije top 20 prioritetnih biljnih štetnika, Xylella fastidiosa je bakterija koja uzrokuje niz biljnih bolesti. 

Uzrokuje smrtonosni Olive Quick Decline Syndrome (OQDS), koji je doveo do raširenih izbijanja u Europi u posljednjih 15 godina, a procjenjuje se da ima godišnji ekonomski učinak od više od 5.5 milijardi eura.

Podrijetlo bakterije u Europi i svijetu

Xylella fastidiosa je jedna od samo dvije poznate vrste Xylella; druga je Xylella taiwanensis, koja uzrokuje opekotine lišća kruške u azijskim kruškama na otoku Tajvanu.

Poznato je da X. fastidiosa, aerobna, gram-negativna bakterija koja raste u tkivima biljaka za prijenos vode (ksilem), uzrokuje brojne bolesti biljaka diljem svijeta. 

Bakterije mogu slobodno putovati kroz biljke putem ksilema, stalno se razmnožavajući pritom. 

Nakon što njihov broj dosegne kritičnu razinu, rezultirajući biofilm blokira ksilem, što dovodi do nedostatka vode i nedostataka elemenata kao što su cink i željezo, koji uzrokuju mnoge simptome povezane s bolestima s kojima je patogen povezan.

Prva izvješća o takvoj bolesti pojavila su se 1892. godine kada je nepoznata kuga uništila približno 14,000 34,600 hektara (- - hektara) kalifornijskih vinograda. 

Ova â € <"Anaheimova bolest” kasnije je nazvana Pierceova bolest po Newtonu Pierceu, bakteriologu koji je doveden da proučava epidemiju. 

Pierce je ispravno pretpostavio da je mikroskopski infektivni uzročnik uzrokovao bolest, iako nije uspio izolirati ili identificirati specifičnog uzročnika.

Pretpostavlja se da je virus za većinu od 20^th stoljeća, tek je 1973. X. Fastidiosa prepoznata kao bakterija. Tek 1987. Wells i sur. bakteriju su službeno opisali i nazvali Xylella fastidiosa. 

Od tada je 696 biljnih vrsta iz 88 botaničkih obitelji identificirano kao pogodni domaćini za patogen.

Među bolestima za koje se zna da ih uzrokuje Xylella nekoliko je od značajne poljoprivredne i gospodarske važnosti. To uključuje gore spomenutu Pierceovu bolest, koja trenutačno uzrokuje kalifornijskoj industriji proizvodnje vina procijenjene godišnje gubitke od 104 milijuna dolara (92 eura), opekotine lišća masline i OQDS.

OQDS uzrokuje sušenje i sušenje lišća, grančica i grana masline, sprječavajući stabla da daju plodove i na kraju dovodi do propadanja i smrti stabla.

Modeli predviđanja u najgorem slučaju pokazuju ukupne ekonomske gubitke do 5.6 milijardi eura samo u Italiji do 2070., a procjenjuje se da je oko 100,000 radnih mjesta već izgubljeno zbog epidemije u zemlji.

Zbog svog destruktivnog djelovanja i sposobnosti brze prilagodbe na nove sredine i domaćine, Xylella fastidiosa je u EU regulirana kao karantenski organizam. Njegovo unošenje i kretanje unutar teritorija Unije zakonom je zabranjeno.

Kako se Xylella širi i gdje se trenutno nalazi

Porijeklom iz Srednje Amerike, Xylella fastidiosa se prenosi između biljaka domaćina pomoću kukaca koji se hrane ksilemom iz obitelji Cicadellidae (sječice) i Cercopidae (stjenice i žablje). 

Takvi kukci sposobni su samo za rudimentarni let na kratkim udaljenostima (oko 100 metara), ali je zabilježeno da putuju mnogo veće udaljenosti nošeni vjetrom. Također se pokazalo da se prijenos bakterija događa ispod zemlje preko korijenskih kalemova.

Širenje na velike udaljenosti najčešće se događa kretanjem zaraženih biljaka. Vjeruje se da je to bio patogen uveden u Italiju i drugih europskih naroda.

U listopadu 2013. Xylella fastidiosa je otkriveno da zaražuje stabla masline u regiji Puglia u južnoj Italiji. 

Ovo je prvi put da je bakterija prijavljena unutar Europske unije. Bolest je uzrokovala nagli pad prinosa u maslinicima, a do travnja 2015. zahvatila je cijelu pokrajinu Lecce i druge zone Puglie.

Podvrsta uključena u Italiju identificirana je kao X. fastidiosa subsp. pauca, soj koji pokazuje izraženu sklonost maslinama i toploj klimi. Ova je podvrsta od tada navedena pod Zakonom o zaštiti od poljoprivrednog bioterorizma u Sjedinjenim Državama zbog svog razornog potencijala.

Kao odgovor na epidemije u Italiji, Europska agencija za sigurnost hrane (EFSA) sazvala je izvanrednu znanstvenu radionicu u studenom 2015. 

Više od 100 znanstvenika iz cijelog svijeta prisustvovalo je događaju kako bi identificirali velike nedostatke u znanju i raspravili o prioritetima istraživanja u vezi s patogenom. 

Tijekom istog mjeseca, EFSA je na temelju tekućih eksperimenata u Pugliji zaključila da je vinova loza mogući rezervoar Xylelle u regiji.

Do listopada 2015. patogen je stigao do Provence-Alpes-Côte d'Azur na kopnu Francuske, gdje je podvrsta X. fastidiosa subsp. multiplex je zarazio mliječicu mirte, biljnu vrstu unesenu iz Južne Afrike. 

Sljedeće godine bakterija je identificirana u Korzika i Njemačke. U 2017. otkriven je na španjolskim otocima Mallorca i Ibiza, a potom i na španjolskom kopnu.

Xylella je od tada pronađena u stablima maslina i drugim biljkama domaćinima diljem Pirenejskog poluotoka, kao i u Libanonu i Izrael na Bliskom Istoku.

Uloga klimatskih promjena u širenju Xylelle

Opsežna istraživanja to pokazuju klimatske promjene povećava rizik od izbijanja biljnih bolesti, pri čemu su promjene u temperaturi i vlažnosti primarni pokretači.

Kako globalne temperature rastu, geografski raspon mnogih patogena se širi, izlažući nove regije i biljne vrste bolestima koje su prethodno bile ograničene na topliju klimu. 

Više temperature općenito pogoduju proliferaciji i razmnožavanju gljivičnih i bakterijskih vrsta, osobito u kombinaciji s povišenom vlagom. 

Dodatno, više minimalne temperature produžuju sezonski aktivno razdoblje organizama i povećavaju njihovu sposobnost da prežive zimu i opstanu u okolišu. To se ne odnosi samo na patogene već i na njihove vektore.

Osim što favoriziraju mnoge patogene, više temperature mogu oslabiti prirodne obrambene mehanizme biljaka kroz procese kao što su toplinski i vodeni stres, čineći ih ranjivijima na infekcije i veću vjerojatnost da će pretrpjeti veće štete i veće stope smrtnosti.

Konkretno u vezi s Xylella fastidiosa, nedavni epidemiološki model vođen klimom analizirao je ranjivost europskih zemalja na bolest u različitim scenarijima klimatskih promjena procjenjujući klimatske uvjete kojima pogoduje i patogen i njegov primarni vektor, Philaenus spumarius, također poznat kao livadska skavka ili livadska stjenica. Ovaj je kukac ranije identificiran kao vektor odgovoran za širenje bakterije u talijanskim maslinicima.

Studija je pokazala da porast globalne prosječne temperature od 1.5 °C povećava postotak ukupne rizične površine u Europi na 0.32 posto, dok porast od 4 °C povećava to područje na 1.87 posto. 

Unutar raspona analiziranih povećanja temperature, utvrđena je prijelomna točka od povećanja od 3 °C. Izvan tog praga, istraživači su otkrili da rizik od širenja patogena sjeverno od mediteranske regije postaje znatno veći, što mu omogućuje brzo širenje u prethodno nezahvaćena područja.

Autori također tvrde da su prije sredine 1990-ih europski klimatski uvjeti, osim onih na mediteranskim otocima, najvjerojatnije spriječili bakteriju da se nastani na kontinentu.

Napori za suzbijanje Xylella fastidiosa

Kako ne postoji poznati lijek za bolesne biljke, trenutne mjere kontrole usmjerene su na prevenciju i suzbijanje. 

Najučinkovitija strategija u uobičajenoj uporabi zahtijeva i sveobuhvatno uklanjanje zaražene biljne tvari, koja može djelovati kao rezervoar za bakteriju, i kontrolu populacije insekata vektora.

Uz potpuno uklanjanje biljnog materijala za koji se zna da je zaražen, EFSA preporučuje stvaranje a â € <"tampon zona” od najmanje 100 metara iz koje se također uklanjaju i uništavaju sve osjetljive biljne vrste.

Zbog virulentne prirode patogena, stručnjaci preporučuju korištenje zaštitnih mjera prilikom uklanjanja i transporta svih organskih materijala tijekom ovog procesa.

Proces kontrole insekata vektora je na sličan način uključen, zahtijevajući ne samo uklanjanje samih organizama već i njihovih staništa. 

To je neophodno zbog polifagne prirode i višefaznog životnog ciklusa takvih insekata. Philaenus spumarius, na primjer, poznato je da se hrani na najmanje 170 biljaka domaćina i razvija se kroz pet odvojenih stadija nakon izlijeganja.

Liječenje i istraživanje Xylella fastidiosa

Kombinacije promjena u metodama uzgoja, baktericidnih tretmana i intervencija usmjerenih na poboljšanje fiziološkog stanja domaćina pokazale su obećavajuće u utjecaju na razvoj bolesti, čak do te mjere da se omogući nastavak berbe. Međutim, do danas se nijedan nije pokazao uspješnim u iskorjenjivanju patogena u zaraženoj biljci.

Istraživanje metoda liječenja ozbiljno je ograničeno karantenskim statusom Xylelle, posebno unutar EU. Ostala ograničenja EU uključuju zabranu korištenja antibiotika za zaštitu bilja. Područja istraživanja stoga se razlikuju od jedne geografske regije do druge.

U Sjedinjenim Državama, gdje je upotreba antibiotika odobrena za upotrebu u biljkama, dostupne su informacije iz ispitivanja antibiotika kao što su oksitetraciklin, tetraciklin i streptomicin u folijarnom liječenju Pierceove bolesti i mikroinjektiranja oksitetraciklina u liječenju opekotina lišća američkog brijesta izazvanih Xylella-om. 

Iako su takva ispitivanja pokazala remisiju simptoma, niti jedno nije uspjelo eliminirati infekciju, a simptomi su se vratili nakon prekida liječenja.

Velika inicijativa unutar Europe je Projekt Biovexo, inovacijska akcija zajedničkog poduzeća bio-baziranih industrija (BBI-JU) pokrenuta 2020. u okviru programa Europske unije za istraživanje i inovacije Horizont 2020.

Posebno usmjeren na borbu protiv Xylelle u uzgoju maslina, BIOVEXO razvija dvije glavne klase ekološki prihvatljivih biopesticida: â € <"X‑biopesticide,” koji izravno ciljaju na patogen, i â € <"V‑biopesticidi”, koji ciljaju na pljuvačke stjenice koje djeluju kao primarni prijenosni vektor patogena. 

Komponente koje se ispituju su bakterijski sojevi, mikrobni metabolit, biljni ekstrakti i entomopatogene gljive.

U novom pristupu, nedavna istraživanja u Brazilu uključuju N-acetilcistein, uobičajeni mukolitički lijek koji se koristi za liječenje predoziranja paracetamolom i za otpuštanje guste sluzi kod ljudi u slučajevima poremećaja kao što su upala pluća i bronhitis. 

Iako odgovorni mehanizmi još nisu u potpunosti shvaćeni, prvi rezultati pokazali su učinkovitost lijeka u kidanju bakterijskih biofilmova kada se primjenjuje navodnjavanjem na hidroponske ili poljske usjeve.

S obzirom na ulogu koju biofilmovi igraju u zaštiti bakterija od antimikrobnih tretmana i u konačnici dovodeći do otpornosti bakterija, ovo područje istraživanja moglo bi biti u porastu, budući da bi razbijanje zaštitne matrice biofilma moglo značajno povećati učinkovitost tretmana koji izravno ciljaju na bakteriju Xylella.

Sve dok se ne pronađe način za točno i sustavno uništavanje patogena u cijelom domaćinu, kao što ovo istraživanje sugerira da bi jednog dana moglo biti moguće, karantena i uništavanje zaraženih biljaka vjerojatno će ostati najučinkovitija metoda kontrole.