Bakterien aus Olivenhainen könnten den Schlüssel zur Bekämpfung von Xylella darstellen

Forscher haben herausgefunden, dass bestimmte Mikroorganismen biologische Vorteile bieten, etwa in Form eines sekundären Immunsystems.

Ein Forschungsteam der Universität Jaén hat in den Blättern und im Boden von Olivenbäumen eine Gruppe ruhender Bakterien identifiziert, die diese vor Umweltbelastungen schützen.

Genetische Analysen haben gezeigt, dass mehrere Mikroorganismen biologische Vorteile bieten, die einem sekundären Immunsystem ähneln. Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse die Entwicklung eines natürlichen Biopestizids zur Bekämpfung des tödlichen Erregers Xylella fastidiosa ermöglichen.

Siehe auch: Europas sich weiterentwickelnder Kampf gegen Xylella fastidiosa

Es wird angenommen, dass Xylella fastidiosa im Jahr 2008 durch die Einfuhr einer einzigen Kaffeepflanze aus Costa Rica nach Italien gelangte.

Xylella fastidiosa, das das tödliche Olivenbaum-Schnellverfallssyndrom verursacht, hat in den letzten 15 Jahren zu weitverbreiteten Ausbrüchen in Europa geführt und verursacht schätzungsweise jährliche wirtschaftliche Schäden von über 5,5 Milliarden Euro.

Das Bakterium hat sich als erhebliche Herausforderung erwiesen, da es derzeit keine wirksame Methode zur Bekämpfung im Freiland gibt, um es auszurotten.

In dem in Microbiology Spectrum veröffentlichten Forschungsartikel identifizierten die Forscher jedoch eine Gruppe von Bakterien, Bacillus spp., von der sie glauben, dass sie den Schlüssel zur Bekämpfung des Erregers darstellen könnte.

Xylella fastidiosa

Xylella fastidiosa ist ein gramnegatives Bakterium, das dafür bekannt ist, eine Vielzahl von Pflanzenkrankheiten zu verursachen. Es handelt sich um einen Erreger, der vor allem das Xylem befällt, das Pflanzengewebe, das für den Transport von Wasser und Nährstoffen von den Wurzeln zu anderen Teilen der Pflanze zuständig ist. Xylella fastidiosa ist in der Land- und Forstwirtschaft ein großes Problem, da es eine Vielzahl von Pflanzenarten befallen kann, was zu wirtschaftlichen Verlusten und Umweltschäden führt.

Dieses Bakterium wird durch Insektenvektoren wie Zikaden und Spuckwanzen übertragen, die sich vom Pflanzensaft ernähren. Wenn diese Insekten an infizierten Pflanzen saugen, nehmen sie das Bakterium auf und können es dann auf gesunde Pflanzen übertragen, wenn sie an diesen saugen. Xylella fastidiosa kann sowohl Nutz- als auch Zierpflanzen infizieren und ist in verschiedenen Teilen der Welt für verheerende Krankheiten verantwortlich.

Zu den bekannten Krankheiten, die durch Xylella fastidiosa verursacht werden, gehören die Pierce-Krankheit, die Citrus Variegated Chlorosis (CVC) und das Olive Quick Decline Syndrome (OQDS).

Zu den Maßnahmen zur Bekämpfung von Xylella fastidiosa gehören der Einsatz von Insektiziden zur Bekämpfung der Insektenvektoren sowie die Quarantäne und Entfernung infizierter Pflanzen, um eine weitere Ausbreitung zu verhindern. Es wird fortlaufend geforscht, um wirksamere Strategien zur Bekämpfung und Verhinderung der Ausbreitung dieses Bakteriums und der damit verbundenen Pflanzenkrankheiten zu entwickeln.

Bacillus-Arten weisen besondere Eigenschaften auf, die sie für medizinische, biotechnologische und landwirtschaftliche Anwendungen wertvoll machen.

Sie können zur Herstellung von Biokraftstoffen, Biopolymeren und bioaktiven Molekülen eingesetzt werden. In der Landwirtschaft können sie das Pflanzenwachstum fördern, als Biodünger dienen, das Wachstum anregen und Krankheitserreger bekämpfen, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für eine nachhaltige Landwirtschaft macht.

Bacillus-basierte Bio-Dünger fördern das Pflanzenwachstum und den Ertrag, indem sie die Nährstoffverfügbarkeit, die Stickstofffixierung, die Phosphatverfügbarkeit sowie die Produktion von Pflanzenwachstumsregulatoren.

Diese Bakterien können zudem antimikrobielle Verbindungen produzieren, sind kostengünstig und bilden zur Stabilisierung Sporen, wodurch sie eine natürliche Alternative zu chemischen Pestiziden bieten.

Bacillus thuringiensis ist für seine insektiziden Eigenschaften bekannt, während andere Arten wie B. subtilis und Bacillus amyloliquefaciens erfolgreich als biologische Bekämpfungsmittel in verschiedenen kommerziellen Kulturpflanzen eingesetzt wurden.

Darüber hinaus ist die Fähigkeit einiger Bacillus-Arten, Bakteriozine – antimikrobielle Peptide – zu produzieren, vielversprechend für die Pflanzenbehandlung.

Während diese Vorteile bereits bei Kulturpflanzen wie Weizen, Sonnenblumen und Kartoffeln nachgewiesen, konzentrierte sich die vom Team der Universität Jaén durchgeführte Forschung auf die Analyse ihres Vorkommens in spanischen Olivenhainen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Reihe von Umweltbelastungen.

Unter der Leitung von Hikmate Abriouel startete das Team das Projekt SMART-AGRI-SPORE, eine europäische Marie-Curie-Initiative zur Entwicklung eines Biopestizids zur Bekämpfung von Xylella fastidiosa. Das Projekt umfasste die Analyse von 417 Bakterien der Gattung Bacillus spp., die in Olivenhainen in Jaén und Málaga gesammelt wurden.

Die Forscher versuchten, jene Bakterien zu identifizieren, die in der Lage sind, Sporen zu bilden und zu überwintern, um ungünstige äußere Bedingungen zu überstehen und wieder zu erwachen, wenn die Bedingungen günstig werden.

Diese Sporen wirken wie ein Schutzschild und machen die Bakterien resistent gegen extreme Temperaturen, Strahlung und schädliche Chemikalien. Um jene Stämme mit dieser Fähigkeit zu isolieren, setzte das Team seine Proben Temperaturen von bis zu 80 °C aus und eliminierte so alle, die das Kriterium nicht erfüllten.

„Bei einem widrigen Ereignis, wie zum Beispiel einem Nährstoffmangel in der Umgebung, versetzen sich diese Bakterien in einen Ruhezustand, ähnlich einer Art Winterschlaf, bis die Gefahr vorüber ist und sie ihre normalen Lebensfunktionen wieder aufnehmen können“, erklärte Julia Manetsberger, eine der Autorinnen der Studie.

Um die Resistenz von Bacillus spp. gegenüber Umweltbelastungen besser zu verstehen, setzten die Forscher die Bakterien unterschiedlichen Mengen an Antibiotika und anorganischen Düngemitteln aus.

Ihre Resistenz war normal und ähnelte der anderer Bakterienarten. Diese Widerstandsfähigkeit lässt vermuten, dass Bacillus spp. in der Natur überleben würde, wenn es solchen häufig verwendeten landwirtschaftlichen Verbindungen ausgesetzt wäre, und weiterhin die gewünschten Vorteile für den Olivenhain bieten würde.

Die Entdeckung dieser einzigartigen Bakterien in spanischen Olivenhainen eröffnet Möglichkeiten für zukünftige landwirtschaftliche Anwendungen.

Da Bacillus spp. bereits eine zentrale Rolle als eines der am häufigsten verwendeten Biopestizide spielen, ist ihr Potenzial für neuartige biotechnologische Anwendungen in der Landwirtschaft vielversprechend. Die Forscher schlagen die Entwicklung eines natürlichen Biopestizids vor, das diese Gruppe von Mikroorganismen nutzt, um Ausbrüche von Xylella fastidiosa zu bekämpfen.

Darüber hinaus hat sich bereits gezeigt, dass die Bakterien Metallbelastung widerstehen und Schwermetalle aus dem Boden entfernen können, wodurch die Umwelt wirksam entgiftet wird.

Die Schwermetallbelastung stellt ein erhebliches Problem für die kommerzielle Landwirtschaft und die Lebensmittelproduktion dar, da Pflanzen diese Metalle aufnehmen können, die so in die Nahrungskette gelangen.

Das Team untersuchte daher die Toleranz ihrer Proben gegenüber einer Reihe von Schwermetallen. Sie stellten fest, dass die getesteten Isolate eine gute Toleranz aufwiesen, wobei Eisen am besten vertragen wurde, gefolgt von Kupfer, Nickel, Mangan, Zink und Cadmium.

Dies deutet darauf hin, dass Mitglieder der Oliven-Sporobiota potenziell in Böden mit erhöhten Metallkonzentrationen gedeihen könnten, die auf Umweltfaktoren oder menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind.