Biologická ochrana (5): Sekundární metabolity bakterií účinné proti původcům chorob

11. 10. 2024 Ing. Jiří Nermuť, Ph.D.; Biologické centrum AV ČR, v.v.i. Choroby Zobrazeno 2235x

V minulém dílu našeho seriálu jsme si představili bakteriální metabolity, které lze s úspěchem používat v boji proti hmyzím škůdcům. Řada látek, které produkují symbiotické bakterie entomopatogenních hlístic, má však i účinky baktericidní nebo fungicidní.

Do setí řepky je nyní ještě spousta času, avšak v našich končinách se ujal zvyk porozhlédnout se okolo, jak která řepka vypadá a přemýšlet o budoucích kandidátech na výsev už teď. Můžeme dokázat, že nabídka odrůd řepky společnosti Limagrain je komplexní a zahrnuje hybridy vhodné do všech podmínek a na každé pole.

Organizmy, jako jsou Candida albicans, Blastomyces dermatidis nebo Cryptococcus neoformas, a mnohé další, každoročně napadnou přinejmenším 150 mil. osob a zapříčiní až 1,6 mil. lidských úmrtí. To je důvod, proč se o sekundární metabolity bakterií rodů Xenorhabdus a Photorhabdus velmi intenzivně zajímají farmaceutické společnosti. Producenti látek na ochranu rostlin samozřejmě nezůstávají pozadu, neboť podobnost lidských a zvířecích patogenů s patogeny rostlin je značná. S postupnou snahou více a více omezovat současné účinné látky je pro udržení kvality a intenzity zemědělské produkce nezbytné hledat další alternativy, pokud možno přírodního původu.

Nové možnosti

Motivem pro neustálé hledání nových látek nejsou samozřejmě jen legislativní kroky podnikané národními vládami nebo orgány EU. Důvodem je i vznik rezistencí vůči v současnosti používaným látkám, stejně jako tlak veřejnosti na zavádění metod zemědělské produkce, šetrnějších k životnímu prostředí. Fytopatogenní houby a bakterie každoročně způsobují astronomické škody na zemědělské produkci ať už přímým zničením úrody, nebo jejím znehodnocením termostabilními mykotoxiny. Alternativou k syntetickým pesticidům mohou být nejen různé rostlinné extrakty, mykoparazitické houby a rozličné půdní bakterie, ale i nesmírně účinné sekundární metabolity symbiontů hlístovek.

Metabolity bakterií rodu Photorhabdus

Látek produkovaných zmíněnými bakteriemi je celá řada a některé z nich jsou relativně dobře prozkoumány. Asi největší pozornost byla zatím věnována kyselině skořicové, známější pod zkratkou TCA (z angl. trans-cinnamic acid). Jak už sám název látky napovídá, můžeme ji najít např. ve skořici (angl. cinnamon), ale také v pepři a brusinkách. A samozřejmě patří mezi dominantní látky produkované bakteriemi rodu Photorhabdus, např. P. luminescens.

Tato látka se hojně používá jak v zemědělství, tak i v humánní medicíně. Mezi její přednosti patří, že ji savci dokáží velmi snadno a rychle metabolizovat na neškodné sloučeniny, které vyloučí močí. TCA má prokazatelné fungicidní účinky a je součástí některých na trhu dostupných přípravků ve směsích s účinnými látkami jako dodine, propiconazole aj. Velmi dobré účinky proti původcům houbových chorob ale vykazuje i sama o sobě, přičemž podle současných informací nevykazuje žádné fytotoxické účinky na rostliny, jako jsou lilek, tabák, rajče, broskvoň aj.

Mezi houby, vůči kterým je TCA velmi účinná (více než 90 % potlačení patogena), patří např. nejen zástupci rodu Erysiphe, ale i z hlediska zdravotního stavu velmi problematický Aspergillus niger. Potenciálně velmi dobré uplatnění by tato látka mohla najít v ochraně před hlízenkou (Sclerotinia sclerotiorum). Tato houba, je-li vystavena působení TCA, totiž tvoří výrazně méně kyseliny šťavelové. Ta hraje důležitou roli v patogenitě houby, kdy její snížená produkce způsobuje deformace hyf (vláken), která pak nejsou schopna vytvořit sklerotium, bez něhož houba nedokáže na pozemku dlouhodobě přetrvávat. I to je jeden z důvodů, proč je TCA tak zajímavou látkou pro ochranu rostlin.

Druhým, hodně častým metabolitem, který má velmi dobrý potenciál prorazit do zemědělské praxe, je benzaldehyd. Název zní sice poněkud „chemicky“, ale jedná se opravdu o látku produkovanou přirozeně bakteriemi Photorhabdus temperata.

Kromě toho je tato po mandlích vonící látka obsažena jak v mandlích, tak třeba v jablkách či jiném ovoci. Do lidského organizmu se dokáže vstřebat kůží nebo vdechnutím, ale aniž by nám ublížila, je záhy vyloučena močí. Zajímavé je, že bakterie rodu Photorhabdus jsou mimo rostlin podle současných poznatků jediné organizmy, které tuto látku dokáží produkovat. Bez produkce benzaldehydu by se hlístovky uvnitř svých hostitelů nedokázaly uplatnit, tato látka totiž umí tzv. vypnout hmyzí imunitní systém, který tak hlístovku neodhalí. Ale vraťme se k možnému využití v ochraně rostlin. Tato látka dokáže účinně potlačovat např. houbu Rhizoctonia solani, která ve velké míře trápí i naše pěstitele brambor. Prokázané účinky jsou známé také vůči Phytophtora capsici nebo houbám rodu Pythium.

Metabolity bakterií rodu Xenorhabdus

Aby to nevypadalo, že jen symbionti hlístovek rodu Heterorhabditis mají čím přispět k ochraně rostlin před původci chorob, musíme zmínit i některé metabolity bakterií rodu Xenorhabdus, které žijí v symbióze s hlístovkami rodu Steinernema. První takovou látkou může být cabanillasin. Jedná se o peptid, který např. potlačuje kvasinky Candida a společně s další látkou zvanou neumacin má také velmi dobré antibakteriální účinky. Na své bližší prozkoumání tyto látky zatím čekají, nicméně už nyní je téměř jisté, že budou schopné bakteriální původce chorob potlačovat. Zda při tom nebudou mít vedlejší fytotoxické účinky se teprve ukáže, buďme ale optimisté.

Poslední zajímavý metabolit, o němž se zmíníme, je xenocoumacin. Opět se jedná o vodorozpustný peptid, který ve dvou formách produkuje většina druhů bakterií rodu Xenorhabdus. Ty tak chrání sebe i svoji symbiotickou hlístici před jinými půdními organizmy. Z hlediska ochrany rostlin je však mimořádně zajímavé, že tato látka, aplikovaná na list, dokáže bez větších problémů omezit až o 80 % plíseň bramboru (Phytophtora infestans).

Doporučení

Na tomto místě ale zároveň musíme, a to i v souvislosti s xenocoumacinem, zdůraznit jedno důležité doporučení: Vyvarujte se slepé víry v bezpečnost a neškodnost přírodních látek. Fakt, že je něco přírodní, ještě neznamená, že je to vždy bezpečné. Ačkoliv se v přírodě i v průběhu svého života potkáváme s řadou jedovatých látek, obvykle je to v množství, které nám nemůže ublížit. Pokud ale tyto látky použijeme v čisté formě jako přípravky na ochranu rostlin, mohou se stát velmi nebezpečnými. Třeba výše zmíněný xenocoumacin nás určitě na rozdíl od plísně bramboru nezahubí, ale jak se ukazuje, dokáže vážně poškodit plíce vyvíjecího se plodu savců v těle matky. Proto i chemické látky produkované živými organizmy musí procházet přísným zkoumáním a poměrně náročným povolovacím procesem.

Souhrn

V tomto a předchozím dílu našeho seriálu jsme se věnovali sekundárním metabolitům dvou rodů symbiotických bakterií hlístovek. Ukázali jsme si, že mnohé tyto látky mají neuvěřitelně dobré účinky na řadu škodlivých organizmů a některé z nich se pravděpodobně v dohledné době objeví na komerčním trhu. Náš optimismus před záplavou nových účinných látek ale brzdí nutnost velmi důkladných a finančně nákladných studií, neboť jak se ukazuje, některé z těchto látek (např. fabclavine nebo xenocoumacin) mohou být nebezpečné i pro člověka. Navzdory tomu však věříme, že se blýská na lepší časy a situace na trhu s přípravky na ochranu rostlin nakonec nebude tak beznadějná, jak se často po přečtení profesních periodik může zdát.

Moniliová hniloba plodů je vůči některým bakteriálním metabolitům velmi citlivá

Xenocoumacin potlačuje výskyt původce plísně rajčete nebo bramboru

Kultivace v tekutém médiu na třepačce je ideální způsob pro získání sekundárních metabolitů bakterií rodu Xenorhabdus

Většina sekundárních metabolitů bakterií rodu Xenorhabdus a Photorhabdus jsou velmi složité organické látky