Τα φυτοπαθογόνα (φυτοπαθογόνα) των καλλιεργειών τροφίμων αποτελούν σημαντικό περιορισμό στη γεωργική παραγωγή παγκοσμίως. Αυτά τα φυτοπαθογόνα ευθύνονται για τεράστιες απώλειες απόδοσης κατά την προ συγκομιδή, την αποθήκευση και τη μεταφορά των καλλιεργειών. Έχει υπολογιστεί ότι παγκοσμίως, το 20–30% των καλλιεργειών χάνεται ετησίως λόγω φυτικών ασθενειών.1 Μεταξύ των φυτοπαθογόνων, υπάρχουν περισσότερα από 200 είδη φυτοβακτηρίων.2 Αν και έχουν εφαρμοστεί διαφορετικές στρατηγικές για τον έλεγχο αυτών των φυτοπαθογόνων, παραμένουν πρόκληση για την αγροτική παραγωγή.
Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες στρατηγικές ελέγχου είναι τα αντιβιοτικά (π.χ. στρεπτομυκίνη) και οι ενώσεις με βάση τον χαλκό. Η ευρεία χρήση αντιβιοτικών στη γεωργία, ωστόσο, οδήγησε στην εξέλιξη της αντοχής στα αντιβιοτικά μεταξύ πολλών φυτοπαθογόνων. Αντοχή στη στρεπτομυκίνη έχει παρατηρηθεί σε Ερβίνια, Pseudomonas και Ξανθόμων spp. Τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά (π.χ. strAB) σε αυτά τα φυτοπαθογόνα μπορούν να υποστούν οριζόντια μεταφορά γονιδίων με αποτέλεσμα την εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά. Η συνεχής χρήση του χαλκού έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευσή του στο περιβάλλον, η οποία έχει συνδεθεί με προβλήματα υγείας του ανθρώπου, τοξικές επιδράσεις στη χλωρίδα και την πανίδα και την ανάπτυξη ανθεκτικών στον χαλκό φυτοπαθογόνων. Ανησυχίες για την υγεία των ανθρώπων και των ζώων που έχουν συσχετιστεί με τοξικότητα χαλκού περιλαμβάνουν γαστρεντερικές, ηπατικές, αναπαραγωγικές και νευροεκφυλιστικές διαταραχές όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ. Η ινδική παιδική κίρρωση είναι μια διαταραχή που έχει συνδεθεί με την πρόσληψη μεγάλων ποσοτήτων χαλκού σε γενετικά ευαίσθητα άτομα. Η τοξικότητα που προκαλείται από τον χαλκό έχει επίσης αναφερθεί ότι οδηγεί σε μειωμένη ικανότητα αναρρίχησης και αυξημένη θνησιμότητα σε Drosophila melanogaster. Τα συμπτώματα της περίσσειας χαλκού στα φυτά περιλαμβάνουν μειωμένη ανάπτυξη ριζών και βλαστών, χλώρωση, κατεστραμμένες φωτοσυνθετικές χρωστικές ουσίες και μερικές φορές θάνατο.
Η μόλυνση του εδάφους με χαλκό κατέστρεψε τις φωτοσυνθετικές χρωστικές και παρεμπόδισε την ανάπτυξη και την ανταλλαγή αερίων τριών λαχανικών (Brassica alboglabra, Brassica chinensis και Στεφανιαίο χρυσάνθεμο). Τα νανοσωματίδια οξειδίου του χαλκού βρέθηκε επίσης να παρεμποδίζουν τον ρυθμό βλάστησης και την ανάπτυξη των ριζών και των βλαστών του ανοιξιάτικου κριθαριού (Sativum κριθαριού distichum). Η αντοχή στα βακτηριοκτόνα με βάση τον χαλκό είναι επίσης μια πρόκληση στον έλεγχο των φυτοπαθογόνων. Η αντοχή του χαλκού έχει παρατηρηθεί σε πολλά φυτοπαθογόνα, μεταξύ των οποίων Pseudomonas και Ξανθόμων spp.
Μια μελέτη ανέφερε ότι το 80% των 35 Pseudomonas syringae p.v. Phaseolicola στελέχη που απομονώθηκαν από χωράφια με φασόλια εμφάνισαν αντοχή στον χαλκό. Αυτό είναι μια τεράστια ανησυχία, δεδομένου ότι η εφαρμογή χαλκού είναι η τρέχουσα πρωταρχική μέθοδος ελέγχου για αυτά τα φυτοπαθογόνα. Αρκετές χώρες είτε έχουν απαγορεύσει είτε έχουν περιορίσει τη χρήση φυτοπροστατευτικών ενώσεων με βάση τον χαλκό. Ως αποτέλεσμα, έχουν εξεταστεί και μελετηθεί νέες στρατηγικές ελέγχου. Αυτά περιλαμβάνουν τη χρήση βακτηριοφάγων ως πιθανών παραγόντων βιοελέγχου.
Οι βακτηριοφάγοι (φάγοι) είναι ιοί με την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται μέσα στα βακτηριακά κύτταρα. Το ενδιαφέρον για τους φάγους ως παράγοντες βιοελέγχου αποδίδεται στη μη τοξική φύση τους στα ευκαρυωτικά κύτταρα, στον αυτοαναδιπλασιασμό, στην ειδικότητα του ξενιστή, στην ικανότητα να υπερνικά την αντίσταση και στην ευκολία παραγωγής. Τα κοκτέιλ φάγων συγκεκριμένα παρουσιάζουν μια βιώσιμη επιλογή για τη διεύρυνση του εύρους του ξενιστή φάγου, περιορίζοντας την εμφάνιση βακτηριακής αντίστασης διατηρώντας παράλληλα τη λυτική δραστηριότητα των φάγων. Επομένως, είναι σημαντικό ο σχεδιασμός που χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση ενός κοκτέιλ φάγου να έχει ως αποτέλεσμα το πιο αποτελεσματικό κοκτέιλ κατά του παθογόνου. Είναι επίσης σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη ορισμένοι παράγοντες κατά τη διαμόρφωση και εφαρμογή ενός κοκτέιλ φάγων: η σταθερότητά τους, ο χρόνος παραγωγής και το κόστος των σύνθετων κοκτέιλ, η πιθανή επίδραση σε μη στοχευμένα βακτήρια, ο χρόνος εφαρμογής φάγων και η επιμονή στο φυτό περιβάλλον. Απαιτείται συνεχής παρακολούθηση για να διασφαλιστεί ότι η αποτελεσματικότητα ενός κοκτέιλ διατηρείται λόγω της δυναμικής φύσης των φάγων. Αν και τα κοκτέιλ φάγων θεωρούνται μια εύλογη στρατηγική βιοελέγχου των φυτοβακτηρίων, χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να κατανοηθεί η πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ φάγων και βακτηρίων στο φυτικό περιβάλλον και να ξεπεραστούν τα τεχνικά εμπόδια.
Αναφορά: Kering, KK, Kibii, BJ and Wei, H. (2019), Biocontrol of phytobacteria with bacteriophage cocktails. Επιδημία. Manag. Sci., 75: 1775-1781. https://doi.org/10.1002/ps.5324