Spoznajte bakterije, ki uničujejo oljčne nasade in vinograde

Povzetek

Xylella fastidiosa je bakterija, ki povzroča bolezni rastlin, vključno s sindromom hitrega propadanja oljk (OQDS), z letnim gospodarskim učinkom v višini več kot 5.5 milijarde EUR. Bakterija se lahko širi po rastlinah prek ksilema, kar vodi do pomanjkanja vode in pomanjkanja elementov, kar povzroča simptome bolezni, zato so prizadevanja za nadzor osredotočena na preprečevanje, zadrževanje in raziskave metod zdravljenja.

Eden od Evropske unije top 20 prednostnih rastlinskih škodljivcev, Xylella fastidiosa je bakterija, ki povzroča različne bolezni rastlin. 

Povzroča smrtonosni sindrom hitrega upadanja oljk (Olive Quick Decline Syndrome, OQDS), ki je v zadnjih 15 letih povzročil obsežne izbruhe v Evropi in ima po ocenah letni gospodarski učinek v višini več kot 5.5 milijarde evrov.

Izvor bakterije v Evropi in po svetu

Xylella fastidiosa je ena od samo dveh znanih vrst Xylella; druga pa je Xylella taiwanensis, ki povzroča ožige hruškovih listov pri azijskih hruškah na otoku Tajvan.

Aerobna, po Gramu negativna bakterija, ki raste v transportnih tkivih rastlin (ksilem), X. fastidiosa je znana kot povzročitelj številnih bolezni rastlin po vsem svetu. 

Bakterije lahko prosto potujejo po rastlinah preko ksilema in se pri tem nenehno razmnožujejo. 

Ko njihovo število doseže kritično raven, nastali biofilm blokira ksilem, kar vodi do pomanjkanja vode in pomanjkanja elementov, kot sta cink in železo, kar povzroča številne simptome, povezane z boleznimi, s katerimi je povezan patogen.

Prva poročila o takšni bolezni so se pojavila leta 1892, ko je neznana kuga izbrisala približno 14,000 hektarjev (34,600 hektarjev) kalifornijskih vinogradov. 

Ta ​,war"Anaheimova bolezen« je bila pozneje poimenovana Pierceova bolezen po Newtonu Pierceu, bakteriologu, ki je bil privabljen, da preuči izbruh. 

Pierce je pravilno domneval, da je mikroskopsko majhen povzročitelj okužbe povzročil bolezen, čeprav mu ni uspelo izolirati ali identificirati specifičnega povzročitelja.

Domneva se, da je virus za večino od 20^th stoletju je bila šele leta 1973 X. Fastidiosa priznana kot bakterija. Šele leta 1987 so Wells in sod. bakterijo uradno opisali in poimenovali Xylella fastidiosa. 

Od takrat je bilo 696 rastlinskih vrst iz 88 botaničnih družin opredeljenih kot primerni gostitelji za patogen.

Med boleznimi, za katere je znano, da jih povzroča Xylella, je več pomembnih za kmetijstvo in gospodarstvo. Mednje sodijo prej omenjena Pierceova bolezen, ki trenutno povzroča kalifornijski vinarski industriji ocenjene letne izgube v višini 104 milijonov dolarjev (92 evrov), ožig oljčnih listov in OQDS.

OQDS povzroča sušenje in izsušitev oljčnih listov, vejic in vej, kar preprečuje drevesom obroditev in sčasoma vodi do propada in smrti drevesa.

Modeli napovedi v najslabšem primeru kažejo skupne gospodarske izgube do 5.6 milijarde evrov samo v Italiji do leta 2070, po ocenah pa je bilo zaradi izbruhov v državi že izgubljenih 100,000 delovnih mest.

Zaradi uničujočega delovanja in sposobnosti hitrega prilagajanja novim okoljem in gostiteljem je Xylella fastidiosa v EU regulirana kot karantenski organizem. Njegov vnos in premikanje po ozemlju Unije je zakonsko prepovedano.

Kako se Xylella širi in kje se trenutno nahaja

Xylella fastidiosa, ki izvira iz Srednje Amerike, se med gostiteljskimi rastlinami prenaša z žuželkami, ki se hranijo s ksilemom, iz družine Cicadellidae (listni ščitkar) in Cercopidae (hrošček in žabji skakalec). 

Takšne žuželke so sposobne le osnovnega letenja na kratke razdalje (približno 100 metrov), zabeležene pa so tudi daljše razdalje, ki jih nosi veter. Do prenosa bakterij je prišlo tudi pod zemljo prek koreninskih cepljenk.

Širjenje na velike razdalje se največkrat zgodi s premikanjem okuženih rastlin. Domneva se, da je bil patogen tako uveden v Italijo in drugih evropskih narodov.

Oktobra 2013 je bila Xylella fastidiosa ugotovili, da okužuje oljke v regiji Puglia v južni Italiji. 

To je bilo prvič, da so o bakteriji poročali v Evropski uniji. Bolezen je povzročila hiter upad pridelka oljčnih nasadov in do aprila 2015 je prizadela celotno provinco Lecce in druga območja Puglie.

Podvrsta v Italiji je bila identificirana kot X. fastidiosa subsp. pauca, sorta, ki kaže izrazito prednost do oljk in toplega podnebja. Ta podvrsta je bila od takrat uvrščena na seznam pod Zakonom o zaščiti pred bioterorizmom v kmetijstvu v Združenih državah zaradi svojega uničujočega potenciala.

Kot odgovor na izbruhe v Italiji je Evropska agencija za varnost hrane (EFSA) novembra 2015 sklicala izredno znanstveno delavnico. 

Več kot 100 znanstvenikov z vsega sveta se je udeležilo dogodka, da bi ugotovili velike vrzeli v znanju in razpravljali o prednostnih nalogah raziskav v zvezi s patogenom. 

Istega meseca je EFSA na podlagi tekočih poskusov v Pugliji ugotovila, da je vinska trta možen rezervoar Xylelle v regiji.

Do oktobra 2015 je patogen dosegel Provanso-Alpe-Azurno obalo na celinski Franciji, kjer je podvrsta X. fastidiosa subsp. multiplex je bilo ugotovljeno, da je okužil mirtov mleček, rastlinsko vrsto, vneseno iz Južne Afrike. 

Naslednje leto so bakterijo identificirali v Korzika in Nemčija. Leta 2017 so ga zaznali na španskih otokih Mallorca in Ibizi ter nato na španski celini.

Xylella je bila od takrat najdena v oljkah in drugih gostiteljskih rastlinah po Iberskem polotoku, pa tudi v Libanonu in Izrael na Bližnjem vzhodu.

Vloga podnebnih sprememb pri širjenju Xylelle

Obsežne raziskave to kažejo sprememba podnebja povečuje tveganje za izbruhe rastlinskih bolezni, pri čemer sta glavna dejavnika spremembe temperature in vlažnosti.

Ko se globalne temperature dvignejo, se razširi geografski obseg številnih patogenov, zaradi česar so nove regije in rastlinske vrste izpostavljene boleznim, ki so bile prej omejene na toplejše podnebje. 

Višje temperature so na splošno ugodne za širjenje in razmnoževanje glivičnih in bakterijskih vrst, zlasti v kombinaciji s povišano vlažnostjo. 

Poleg tega višje najnižje temperature podaljšajo sezonsko aktivno obdobje organizmov in povečajo njihovo sposobnost preživetja zime in obstoja v okolju. To ne velja samo za patogene, ampak tudi za njihove vektorje.

Poleg tega, da dajejo prednost številnim patogenom, lahko višje temperature oslabijo naravne obrambne mehanizme rastlin zaradi procesov, kot sta toplotni in vodni stres, zaradi česar postanejo bolj ranljive za okužbe in je večja verjetnost, da bodo utrpele večjo škodo in višjo stopnjo umrljivosti.

Zlasti v zvezi z Xylella fastidiosa je nedavni epidemiološki model, ki temelji na podnebju, analiziral ranljivost evropskih dežel za bolezen v različnih scenarijih podnebnih sprememb z ocenjevanjem podnebnih razmer, ki jih dajeta tako patogenu kot njegovemu primarnemu prenašalcu, Philaenus spumarius, znan tudi kot travniška skakavka ali travniška skakavka. Ta žuželka je bila prej identificirana kot vektor, odgovoren za širjenje bakterije v italijanskih oljčnih nasadih.

Študija je pokazala, da dvig globalne povprečne temperature za 1.5 °C poveča odstotek celotne ogrožene površine v Evropi na 0.32 odstotka, medtem ko dvig za 4 °C poveča območje na 1.87 odstotka. 

Znotraj razpona analiziranih dvigov temperature je bila ugotovljena prelomna točka dviga za 3 °C. Preko tega praga so raziskovalci ugotovili, da postane tveganje širjenja patogena severno od sredozemske regije izjemno večje, kar mu omogoča hitro širjenje na območja, ki prej niso bila prizadeta.

Avtorji še trdijo, da so pred sredino devetdesetih let evropske podnebne razmere, razen tistih na sredozemskih otokih, najverjetneje preprečevale uveljavitev bakterije na celini.

Prizadevanja za nadzor Xylella fastidiosa

Ker ni znanega zdravila za obolele rastline, se trenutni nadzorni ukrepi osredotočajo na preprečevanje in zadrževanje. 

Najučinkovitejša strategija pri običajni uporabi zahteva celovito odstranitev okužene rastlinske snovi, ki lahko deluje kot rezervoar za bakterijo, in nadzor populacij žuželk vektorjev.

Poleg popolne odstranitve rastlinske snovi, za katero je znano, da je okužena, EFSA priporoča ustvarjanje a ​,war"varovalni pas« najmanj 100 metrov, iz katerega se odstranijo in uničijo tudi vse občutljive rastlinske vrste.

Zaradi virulentne narave patogena strokovnjaki priporočajo uporabo zaščitnih ukrepov pri odstranjevanju in transportu vsega organskega materiala med tem postopkom.

Podobno je vpleten tudi proces obvladovanja vektorjev žuželk, ki zahteva ne le odstranitev samih organizmov, temveč tudi njihove habitate. 

To je potrebno zaradi polifagne narave in večstopenjskega življenjskega cikla takih žuželk. Znano je na primer, da se Philaenus spumarius prehranjuje z vsaj 170 gostiteljskimi rastlinami in se po izvalitvi razvije skozi pet ločenih stopenj.

Zdravljenje in raziskave Xylella fastidiosa

Kombinacije sprememb v metodah pridelave, baktericidnih zdravljenj in posegov, namenjenih izboljšanju fiziološkega stanja gostitelja, so pokazale obetavne učinke pri vplivu na razvoj bolezni, celo do te mere, da se omogoči nadaljevanje žetve. Vendar se do danes nobena ni izkazala za uspešno pri izkoreninjenju patogena v okuženi rastlini.

Raziskave metod zdravljenja so močno omejene zaradi statusa karantene Xylelle, zlasti v EU. Druge omejitve EU vključujejo prepoved uporabe antibiotikov za zaščito rastlin. Področja raziskovanja se torej razlikujejo od ene geografske regije do druge.

V Združenih državah, kjer je uporaba antibiotikov dovoljena za uporabo v rastlinah, so na voljo podatki iz preskušanj antibiotikov, kot so oksitetraciklin, tetraciklin in streptomicin, pri foliarnem zdravljenju Pierceove bolezni in mikroinjektiranju oksitetraciklina pri zdravljenju ožiga listov ameriškega bresta, ki ga povzroča Xylella. 

Čeprav so takšna preskušanja pokazala remisijo simptomov, nobenemu ni uspelo odpraviti okužbe in simptomi so se vrnili po prekinitvi zdravljenja.

Velika pobuda v Evropi je Projekt Biovexo, inovacijska akcija skupnega podjetja Bio-Based Industries Joint Undertaking (BBI-JU), ki se je začela leta 2020 v okviru programa Evropske unije za raziskave in inovacije Obzorje 2020.

BIOVEXO, ki je posebej namenjen boju proti Xylella pri gojenju oljk, razvija dva glavna razreda okolju prijaznih biopesticidov: ​,war"X‑biopesticide,« ki neposredno ciljajo na patogen, in ​,war"V‑biopesticide,« ki ciljajo na hroščke, ki delujejo kot primarni prenosni vektor patogena. 

Sestavne snovi, ki se preskušajo, so bakterijski sevi, mikrobni presnovek, rastlinski izvlečki in entomopatogena gliva.

V novem pristopu nedavne raziskave v Braziliji vključujejo N-acetilcistein, običajno mukolitično zdravilo, ki se uporablja za zdravljenje prevelikega odmerjanja paracetamola in za rahljanje goste sluzi pri ljudeh v primerih bolezni, kot sta pljučnica in bronhitis. 

Medtem ko odgovorni mehanizmi še niso popolnoma razumljeni, so začetni rezultati pokazali učinkovitost zdravila pri uničevanju bakterijskih biofilmov, kadar se z namakanjem nanaša na hidroponične ali poljske pridelke.

Glede na vlogo, ki jo imajo biofilmi pri zaščiti bakterij pred protimikrobnimi zdravljenji in končno vodijo do odpornosti bakterij, je to področje raziskav morda v porastu, saj bi razgradnja zaščitne matrike biofilma lahko znatno povečala učinkovitost zdravljenja, ki je usmerjeno neposredno na bakterijo Xylella.

Dokler se ne najde način za natančno in sistematično uničenje patogena v njegovem gostitelju, kot kaže ta raziskava, bo nekoč mogoče, bo karantena in uničenje okuženih rastlin verjetno ostala edina najučinkovitejša metoda nadzora.