Γνωρίστε τους καταστροφικούς ελαιώνες και τους αμπελώνες των βακτηρίων

Περίληψη

Η Xylella fastidiosa είναι ένα βακτήριο που προκαλεί φυτικές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του συνδρόμου γρήγορης παρακμής της ελιάς (OQDS), με ετήσιο οικονομικό αντίκτυπο άνω των 5.5 δισεκατομμυρίων ευρώ. Το βακτήριο μπορεί να εξαπλωθεί μέσω των φυτών μέσω του ξυλώματος, οδηγώντας σε υδατικό στρες και ελλείψεις σε στοιχεία, προκαλώντας συμπτώματα ασθενειών και οι προσπάθειες για τον έλεγχό του εστιάζονται στην πρόληψη, τον περιορισμό και την έρευνα για μεθόδους θεραπείας.

Ένα από τα της Ευρωπαϊκής Ένωσης top 20 φυτικά παράσιτα προτεραιότητας, Xylella fastidiosa είναι ένα βακτήριο που προκαλεί διάφορες ασθένειες των φυτών. 

Προκαλεί το θανατηφόρο σύνδρομο γρήγορης παρακμής της ελιάς (OQDS), το οποίο οδήγησε σε εκτεταμένα κρούσματα στην Ευρώπη τα τελευταία 15 χρόνια και εκτιμάται ότι έχει ετήσιο οικονομικό αντίκτυπο άνω των 5.5 δισεκατομμυρίων ευρώ.

Η προέλευση του βακτηρίου στην Ευρώπη και παγκοσμίως

Το Xylella fastidiosa είναι ένα από τα δύο μόνο γνωστά είδη Xylella. το άλλο είναι το Xylella taiwanensis, το οποίο προκαλεί καψίματα φύλλων αχλαδιών στα ασιατικά αχλάδια στο νησί της Ταϊβάν.

Ένα αερόβιο, αρνητικό κατά Gram βακτήριο που αναπτύσσεται στους ιστούς μεταφοράς νερού των φυτών (xylem), το X. fastidiosa είναι γνωστό ότι προκαλεί πολυάριθμες ασθένειες των φυτών παγκοσμίως. 

Τα βακτήρια μπορούν να ταξιδεύουν ελεύθερα μέσω των φυτών μέσω του ξυλώματος, πολλαπλασιάζοντας συνεχώς καθώς το κάνουν. 

Μόλις ο αριθμός τους φτάσει σε κρίσιμο επίπεδο, το βιοφίλμ που προκύπτει μπλοκάρει το ξυλόειδο, οδηγώντας σε υδατικό στρες και ελλείψεις σε στοιχεία όπως ο ψευδάργυρος και ο σίδηρος, που προκαλούν πολλά από τα συμπτώματα που σχετίζονται με τις ασθένειες με τις οποίες συνδέεται το παθογόνο.

Οι πρώτες αναφορές για μια τέτοια ασθένεια εμφανίστηκαν το 1892 όταν μια άγνωστη πανούκλα εξαφάνισε περίπου 14,000 εκτάρια (34,600 στρέμματα) αμπελώνων της Καλιφόρνια. 

Αυτός ο διαλογισμός στα ​"Η νόσος του Anaheim» ονομάστηκε αργότερα νόσος του Pierce από τον Newton Pierce, ο βακτηριολόγος που εισήχθη για να μελετήσει το ξέσπασμα. 

Ο Πιρς υπέθεσε σωστά ότι ένας μικροσκοπικός μολυσματικός παράγοντας προκάλεσε την ασθένεια, αν και δεν μπόρεσε να απομονώσει ή να αναγνωρίσει τον συγκεκριμένο παράγοντα.

Υποτίθεται ότι είναι ιός για τα περισσότερα από τα 20^th αιώνα, μόλις το 1973 αναγνωρίστηκε το X. Fastidiosa ως βακτήριο. Μόλις το 1987 το βακτήριο περιγράφηκε επίσημα και ονομάστηκε Xylella fastidiosa από τους Wells et al. 

Έκτοτε, 696 είδη φυτών από 88 βοτανικές οικογένειες έχουν αναγνωριστεί ως κατάλληλοι ξενιστές για το παθογόνο.

Μεταξύ των ασθενειών που είναι γνωστό ότι προκαλούνται από το Xylella είναι αρκετές σημαντικές γεωργικής και οικονομικής σημασίας. Αυτές περιλαμβάνουν την προαναφερθείσα νόσο του Pierce, η οποία προκαλεί επί του παρόντος στην οινοποιητική βιομηχανία της Καλιφόρνια εκτιμώμενες ετήσιες απώλειες ύψους 104 εκατομμυρίων δολαρίων (92 ευρώ), καψίματα φύλλων ελιάς και OQDS.

Το OQDS προκαλεί μαρασμό και αποξήρανση των φύλλων, των κλαδιών και των κλαδιών της ελιάς, εμποδίζοντας τα δέντρα να καρποφορήσουν και τελικά να οδηγήσει σε κατάρρευση και θάνατο του δέντρου.

Τα μοντέλα πρόβλεψης της χειρότερης περίπτωσης δείχνουν συνολικές οικονομικές απώλειες έως και 5.6 δισεκατομμυρίων ευρώ μόνο στην Ιταλία μέχρι το 2070 και εκτιμάται ότι έχουν ήδη χαθεί 100,000 θέσεις εργασίας λόγω επιδημιών στη χώρα.

Λόγω των καταστροφικών του επιπτώσεων και της ικανότητάς του να προσαρμόζεται γρήγορα σε νέα περιβάλλοντα και ξενιστές, το Xylella fastidiosa ρυθμίζεται στην ΕΕ ως οργανισμός καραντίνας. Η εισαγωγή του και η μετακίνησή του εντός της επικράτειας του συνδικάτου απαγορεύεται από το νόμο.

Πώς εξαπλώνεται το Xylella και πού βρίσκεται αυτή τη στιγμή

Ιθαγενής στην Κεντρική Αμερική, το Xylella fastidiosa μεταδίδεται μεταξύ των φυτών ξενιστών από έντομα που τρέφονται με ξυλόμυα από τις οικογένειες Cicadellidae (φυλλοβόλα) και Cercopidae (φτυούλα και βατραχοπόδαρα). 

Τέτοια έντομα είναι ικανά μόνο για στοιχειώδη πτήση σε μικρές αποστάσεις (περίπου 100 μέτρα), αλλά έχουν καταγραφεί να ταξιδεύουν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις όταν μεταφέρονται από τον άνεμο. Η μεταφορά βακτηρίων έχει επίσης αποδειχθεί ότι συμβαίνει κάτω από το έδαφος μέσω μοσχευμάτων ριζών.

Η εξάπλωση σε μεγάλες αποστάσεις συμβαίνει συχνότερα μέσω της μετακίνησης μολυσμένων φυτών. Αυτό πιστεύεται ότι ήταν το παθογόνο εισήχθη στην Ιταλία και άλλα ευρωπαϊκά έθνη.

Τον Οκτώβριο του 2013, η Xylella fastidiosa ήταν βρέθηκε ότι μολύνει ελαιόδεντρα στην περιοχή της Απουλίας στη νότια Ιταλία. 

Αυτή ήταν η πρώτη φορά που αναφέρθηκε το βακτήριο εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Η ασθένεια προκάλεσε ταχεία πτώση στις αποδόσεις των ελαιώνων και μέχρι τον Απρίλιο του 2015, έπληξε ολόκληρη την επαρχία του Λέτσε και άλλες ζώνες της Απουλίας.

Το υποείδος που εμπλέκεται στην Ιταλία έχει ταυτοποιηθεί ως X. fastidiosa subsp. pauca, ένα στέλεχος που δείχνει έντονη προτίμηση στα ελαιόδεντρα και τα ζεστά κλίματα. Αυτό το υποείδος έχει καταγραφεί από τότε στον Νόμο για την Προστασία της Αγροτικής Βιοτρομοκρατίας στις Ηνωμένες Πολιτείες λόγω των καταστροφικών δυνατοτήτων του.

Ως απάντηση στα ιταλικά κρούσματα, η Ευρωπαϊκή Αρχή για την Ασφάλεια των Τροφίμων (EFSA) συγκάλεσε ένα έκτακτο επιστημονικό εργαστήριο τον Νοέμβριο του 2015. 

Περισσότεροι από 100 επιστήμονες από όλο τον κόσμο παρακολούθησαν την εκδήλωση για να εντοπίσουν σημαντικά κενά γνώσης και να συζητήσουν τις ερευνητικές προτεραιότητες σχετικά με το παθογόνο. 

Τον ίδιο μήνα, η EFSA κατέληξε στο συμπέρασμα από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στην Απουλία ότι τα αμπέλια ήταν μια πιθανή δεξαμενή Xylella στην περιοχή.

Μέχρι τον Οκτώβριο του 2015, το παθογόνο είχε φτάσει στην Προβηγκία-Άλπεις-Κυανή Ακτή στην ηπειρωτική Γαλλία, όπου το υποείδος X. fastidiosa subsp. Το multiplex βρέθηκε να έχει μολύνει το γάλα από φύλλα μυρτιάς, ένα είδος φυτού που εισήχθη από τη Νότια Αφρική. 

Το επόμενο έτος, το βακτήριο εντοπίστηκε σε Κορσική και τη Γερμανία. Το 2017 εντοπίστηκε στα ισπανικά νησιά της Μαγιόρκα και Ίμπιζα, και στη συνέχεια στην ηπειρωτική Ισπανία.

Η ξυλέλα έχει βρεθεί από τότε σε ελιές και άλλα φυτά ξενιστές στην Ιβηρική Χερσόνησο, καθώς και στον Λίβανο και Ισραήλ στη Μέση Ανατολή.

Ο ρόλος της κλιματικής αλλαγής στην εξάπλωση της Ξυλέλλας

Ουσιαστική έρευνα το δείχνει κλιματική αλλαγή αυξάνει τον κίνδυνο εξάρσεων φυτικών ασθενειών, με τις αλλαγές στη θερμοκρασία και την υγρασία να είναι οι κύριοι παράγοντες.

Καθώς οι παγκόσμιες θερμοκρασίες αυξάνονται, το γεωγραφικό εύρος πολλών παθογόνων παραγόντων διευρύνεται, εκθέτοντας νέες περιοχές και είδη φυτών σε ασθένειες που προηγουμένως περιορίζονταν σε θερμότερα κλίματα. 

Οι υψηλότερες θερμοκρασίες γενικά ευνοούν τον πολλαπλασιασμό και τον πολλαπλασιασμό μυκητιακών και βακτηριακών ειδών, ειδικά όταν συνδυάζονται με αυξημένη υγρασία. 

Επιπλέον, οι υψηλότερες ελάχιστες θερμοκρασίες παρατείνουν την εποχικά ενεργή περίοδο των οργανισμών και αυξάνουν την ικανότητά τους να επιβιώνουν το χειμώνα και να παραμένουν στο περιβάλλον. Αυτό ισχύει όχι μόνο για τα παθογόνα αλλά και για τους φορείς τους.

Εκτός από το ότι ευνοούν πολλά παθογόνα, οι υψηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να αποδυναμώσουν τους φυσικούς αμυντικούς μηχανισμούς ενός φυτού μέσω διεργασιών όπως η θερμότητα και το υδάτινο στρες, καθιστώντας τα πιο ευάλωτα σε μολύνσεις και πιο πιθανό να υποστούν μεγαλύτερη ζημιά και υψηλότερα ποσοστά θνησιμότητας.

Ειδικότερα σχετικά με το Xylella fastidiosa, ένα πρόσφατο επιδημιολογικό μοντέλο που βασίζεται στο κλίμα ανέλυσε την ευπάθεια των ευρωπαϊκών εδαφών στην ασθένεια σε διαφορετικά σενάρια κλιματικής αλλαγής, αξιολογώντας τις κλιματικές συνθήκες που ευνοούνται τόσο από το παθογόνο όσο και από τον κύριο φορέα του, τον Philaenus spumarius, γνωστό και ως βατραχοβάτραχος λιβαδιού ή λιβάδι. Αυτό το έντομο είχε προηγουμένως αναγνωριστεί ως ο φορέας που ευθύνεται για τη διάδοση του βακτηρίου στους ιταλικούς ελαιώνες.

Η μελέτη διαπίστωσε ότι μια παγκόσμια μέση αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1.5 °C αυξάνει το ποσοστό της συνολικής έκτασης σε κίνδυνο στην Ευρώπη σε 0.32 τοις εκατό, ενώ μια άνοδος 4 °C αυξάνει την περιοχή στο 1.87 τοις εκατό. 

Εντός του εύρους των αυξήσεων θερμοκρασίας που αναλύθηκαν, εντοπίστηκε ένα οριακό σημείο αύξησης 3 °C. Πέρα από αυτό το όριο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο κίνδυνος εξάπλωσης του παθογόνου βόρεια της περιοχής της Μεσογείου γίνεται αξιοσημείωτα υψηλότερος, επιτρέποντάς του να εξαπλωθεί γρήγορα σε περιοχές που δεν είχαν επηρεαστεί προηγουμένως.

Οι συγγραφείς υποστηρίζουν επίσης ότι πριν από τα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι ευρωπαϊκές κλιματικές συνθήκες, εκτός από εκείνες των νησιών της Μεσογείου, πιθανότατα εμπόδισαν το βακτήριο να εγκατασταθεί στην ήπειρο.

Προσπάθειες για τον έλεγχο της Xylella fastidiosa

Καθώς δεν υπάρχει γνωστή θεραπεία για τα άρρωστα φυτά, τα τρέχοντα μέτρα ελέγχου επικεντρώνονται στην πρόληψη και τον περιορισμό. 

Η πιο αποτελεσματική στρατηγική σε κοινή χρήση απαιτεί τόσο τη συνολική απομάκρυνση της μολυσμένης φυτικής ύλης, η οποία μπορεί να λειτουργήσει ως δεξαμενή για το βακτήριο, όσο και τον έλεγχο των πληθυσμών εντόμων φορέων.

Εκτός από την πλήρη αφαίρεση της φυτικής ύλης που είναι γνωστό ότι έχει μολυνθεί, η EFSA συνιστά τη δημιουργία α ​"ουδέτερη ζώνη» τουλάχιστον 100 μέτρων από την οποία αφαιρούνται και καταστρέφονται επίσης όλα τα ευπαθή φυτικά είδη.

Λόγω της λοιμογόνου φύσης του παθογόνου, οι ειδικοί συνιστούν τη χρήση προστατευτικών μέτρων κατά την αφαίρεση και τη μεταφορά όλου του οργανικού υλικού κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Παρομοίως εμπλέκεται η διαδικασία ελέγχου των εντόμων φορέων, που απαιτεί όχι μόνο την εξάλειψη των ίδιων των οργανισμών αλλά και των ενδιαιτημάτων τους. 

Αυτό είναι απαραίτητο λόγω της πολυφαγικής φύσης και των πολυσταδιακών κύκλων ζωής τέτοιων εντόμων. Ο Philaenus spumarius, για παράδειγμα, είναι γνωστό ότι τρέφεται με τουλάχιστον 170 φυτά ξενιστές και αναπτύσσεται σε πέντε ξεχωριστά στάδια μετά την εκκόλαψη.

Θεραπεία και έρευνα για το Xylella fastidiosa

Συνδυασμοί αλλαγών στις μεθόδους καλλιέργειας, βακτηριοκτόνες θεραπείες και παρεμβάσεις που στοχεύουν στην ενίσχυση της φυσιολογικής κατάστασης του ξενιστή έχουν δείξει πολλά υποσχόμενο αντίκτυπο στην ανάπτυξη της νόσου, ακόμη και σε σημείο που επιτρέπουν την επανέναρξη της συγκομιδής. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, κανένα δεν έχει αποδειχθεί επιτυχές στην εκρίζωση του παθογόνου σε ένα μολυσμένο φυτό.

Η έρευνα για τις μεθόδους θεραπείας περιορίζεται σοβαρά λόγω του καθεστώτος καραντίνας του Xylella, ειδικά εντός της ΕΕ Άλλοι περιορισμοί της ΕΕ περιλαμβάνουν την απαγόρευση χρήσης αντιβιοτικών για φυτοπροστασία. Τα πεδία έρευνας, επομένως, διαφέρουν από τη μια γεωγραφική περιοχή στην άλλη.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου επιτρέπεται η χρήση αντιβιοτικών για χρήση σε φυτά, υπάρχουν διαθέσιμες πληροφορίες από δοκιμές αντιβιοτικών όπως η οξυτετρακυκλίνη, η τετρακυκλίνη και η στρεπτομυκίνη για τη διαφυλλική θεραπεία της νόσου του Pierce και η μικροέγχυση οξυτετρακυκλίνης στη θεραπεία του καψίματος των φύλλων που προκαλείται από ξυλέλλα στην αμερικανική φτελιά. 

Αν και τέτοιες δοκιμές έδειξαν ύφεση των συμπτωμάτων, καμία δεν κατάφερε να εξαλείψει τη μόλυνση και τα συμπτώματα επέστρεψαν μετά τη διακοπή της θεραπείας.

Μια σημαντική πρωτοβουλία στην Ευρώπη είναι η Biovexo Project, μια Δράση Καινοτομίας της Κοινής Επιχείρησης Βιομηχανιών (BBI-JU) που ξεκίνησε το 2020 στο πλαίσιο του προγράμματος έρευνας και καινοτομίας Horizon 2020 της Ευρωπαϊκής Ένωσης.

Με στόχο ειδικά την καταπολέμηση της ξυλέλλας στην ελαιοκαλλιέργεια, η BIOVEXO αναπτύσσει δύο κύριες κατηγορίες βιοπαρασιτοκτόνων φιλικών προς το περιβάλλον: ​"Χ-βιοπαρασιτοκτόνα», τα οποία στοχεύουν άμεσα το παθογόνο και ​"V-βιοπαρασιτοκτόνα», τα οποία στοχεύουν τους κοριούς που λειτουργούν ως ο κύριος φορέας μετάδοσης του παθογόνου. 

Οι συστατικές ουσίες που δοκιμάζονται είναι βακτηριακά στελέχη, ένας μικροβιακός μεταβολίτης, φυτικά εκχυλίσματα και ένας εντομοπαθογόνος μύκητας.

Σε μια νέα προσέγγιση, πρόσφατη έρευνα στη Βραζιλία περιλαμβάνει τη Ν-ακετυλοκυστεΐνη, ένα κοινό βλεννολυτικό φάρμακο που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της υπερβολικής δόσης παρακεταμόλης και για τη χαλάρωση της παχύρρευστης βλέννας σε ανθρώπινες περιπτώσεις διαταραχών όπως η πνευμονία και η βρογχίτιδα. 

Αν και οι υπεύθυνοι μηχανισμοί δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί, τα αρχικά αποτελέσματα έδειξαν την αποτελεσματικότητα του φαρμάκου στη διάσπαση των βακτηριακών βιοφίλμ όταν εφαρμόζεται με άρδευση σε υδροπονικές καλλιέργειες ή σε καλλιέργειες αγρού.

Δεδομένου του ρόλου που παίζουν τα βιοφίλμ στην προστασία των βακτηρίων από τις αντιμικροβιακές θεραπείες και τελικά οδηγούν σε βακτηριακή αντοχή, αυτός ο τομέας έρευνας μπορεί να είναι σε άνοδο, καθώς η διάσπαση της προστατευτικής μήτρας βιοφίλμ θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των θεραπειών που στοχεύουν άμεσα το βακτήριο Xylella.

Έως ότου βρεθεί ένα μέσο για την ακριβή και συστηματική θανάτωση του παθογόνου σε όλο τον ξενιστή του, όπως αυτή η έρευνα υποδηλώνει ότι μια μέρα μπορεί να είναι δυνατή, η καραντίνα και η καταστροφή των μολυσμένων φυτών θα παραμείνουν πιθανώς η πιο αποτελεσματική μέθοδος ελέγχου.