Przyjazne roślinom mikroorganizmy dla bardziej zrównoważonego rolnictwa
Choroby wywoływane przez bakterie są najgorszym koszmarem dla podmiotów sektora rolnictwa przemysłowego, ponieważ powodują zmniejszenie plonów, rozprzestrzeniają się błyskawicznie niczym pożar i prowadzą do poważnych strat finansowych. Niestety, remedium na te choroby jest równie zabójcze. Środki grzybobójcze, bakteriobójcze i nematocydy, którymi opryskiwane są uprawy, prowadzą do degradacji środowiska, a ponadto stają się coraz mniej skuteczne przeciwko mikroorganizmom w owocach i warzywach. Jak twierdzi Diego Romero, profesor na Wydziale Mikrobiologii Uniwersytetu w Maladze, nadszedł czas na nowe podejścia kładące nacisk na zrównoważony rozwój. W ramach finansowanego przez ERBN projektu BacBio (Mechanistic and functional studies of Bacillus biofilms assembly on plants, and their impact in sustainable agriculture and food safety), badacz od 2015 roku zajmuje się poszukiwaniem odpowiedzi na jedno pytanie: czy istnieje możliwość ochrony roślin za pomocą pożytecznych mikroorganizmów, zastępując w ten sposób pestycydy, a jednocześnie uniknąć zakażenia patogenami ludzkimi? „Być może powinniśmy uznać, że współczesne rolnictwo opiera się na błędnej koncepcji. Myślę, że powinniśmy zapomnieć o idei produktów wolnych od bakterii i znaleźć równowagę pomiędzy ilością mikroorganizmów w produkcie oraz szkodami, które wyrządzamy środowisku naturalnemu”, wyjaśnia badacz. „Osobiście włożyłbym więcej wysiłku w zmniejszenie szkód w środowisku, co w dłuższej perspektywie byłoby korzystne dla rolnictwa”. Nowe podejście opiera się przede wszystkim na dywersyfikacji strategii. Warunki środowiskowe nie są takie same we wszystkich regionach, a uprawy szklarniowe jeszcze bardziej komplikują analizy. W praktyce oznacza to, że choroby wywoływane przez bakterie rozwijają się w różny sposób w zależności od środowiska, przez co opracowywane rozwiązania również będą musiały być odpowiednio zróżnicowane. Projekt BacBio wyznacza nową drogę badania macierzy pozakomórkowej dwóch zbiorowisk mikroorganizmów określanych pojęciem biofilmów. „Skupiliśmy się w naszych badaniach nad bakteriami Bacillus subtilis oraz Bacillus cereus – dwoma spokrewnionymi ze sobą mikroorganizmami o zróżnicowanym sposobie funkcjonowania. Pierwszy z nich jest środkiem ochrony roślin, natomiast drugi jest patogenem atakującym ludzi. Badając te dwie bakterie występujące w glebie wraz z roślinami możemy zrozumieć różnice chemiczne pomiędzy ich macierzami pozakomórkowymi. Nasz pomysł opiera się na wzmocnieniu korzyści z oddziaływania B. subtilis na rośliny, jednocześnie redukując lub unikając B. cereus”, dodaje Romero.
Rola białek
Jednym z najważniejszych wniosków wypływających do tej pory z projektu było odkrycie dotyczące przystosowywania się bakterii Bacillus do funkcjonowania w bardziej złożonych środowiskach, takich jak rośliny. „W przypadku bakterii B. subtilis odkryliśmy, że egzopolisacharyd i białko hydrofobowe w macierzy pozakomórkowej tworzy tarczę, która utrudnia dostęp obcych komórek do kolonii. W przypadku usunięcia tych elementów, inne mikroorganizmy żyjące na roślinach mogą przeniknąć do kolonii bakterii Bacillus”, zauważa Romero. Zespół scharakteryzował również białko amyloidowe niezbędne do powstawania biofilmu Bacillus. Amyloidy, znane głównie ze względu na choroby, które wywołują u ludzi, występują powszechnie w naturze i mogą przyczyniać się do określenia stanu fizjologicznego komórek bakteryjnych. Pełnią one również podwójną rolę – brak amyloidu prowadzi bowiem do zwiększenia produkcji środków przeciwdrobnoustrojowych przez bakterie Bacillus, natomiast komórki fylloplanu (powierzchni liścia) stają się bardziej wrażliwe na jego obecność. „Uważamy, że bakterie Bacillus wykorzystują te dwie role amyloidu do komplementarnego umożliwiania komórkom przylegania, kolonizowania i przetrwania w trudnym środowisku fylloplanu. Dzięki temu ograniczają rozwój chorób wywoływanych przez grzyby”, mówi Romero. Dzięki lepszemu zrozumieniu sposobu, w jaki bakterie tworzą zorganizowane zbiorowiska wchodzące w interakcje z roślinami, projekt może przyczynić się do znaczącego rozwoju dziedziny biotechnologii i zastosowania jej osiągnięć w rolnictwie. Romero ma nadzieję, że wiedza uzyskana w ramach projektu umożliwi docelowo wytwarzanie przyjaznych roślinom mikroorganizmów, które utorują drogę do bardziej zrównoważonego i zróżnicowanego rolnictwa.
Słowa kluczowe
BacBio, rolnictwo, zrównoważony rozwój, mikroorganizmy, pestycydy, środki grzybobójcze, bacillus
