Biologická ochrana (9): Rezistence je problém i biologické a nechemické ochrany

12. 02. 2025 Ing. Jiří Nermuť, Ph.D.; Biologické centrum AV ČR, v.v.i. Ochrana obecně Zobrazeno 357x

Rezistence je téma, které společností rezonuje z mnoha stran. V ochraně rostlin se potýkáme s rezistencí škůdců a původců chorob vůči pesticidům. Způsobů, jak se vzniku rezistence bránit, je několik.

Můžeme striktně dodržovat antirezistentní strategii a svědomitě střídat přípravky s různými účinnými látkami s odlišným mechanizmem účinku. Můžeme v maximální možné míře využívat prevence a různých managementových opatření, jako jsou střídání plodin, prostorová izolace, podpora biodiverzity a ochrana přirozených nepřátel. Můžeme ale také sáhnout k metodám biologické nebo nechemické ochrany. Nabízejí se různá bioagens, rostlinné extrakty, výtažky z bakterií včetně jejich metabolitů a třeba i geneticky modifikované plodiny či jiné moderní přístupy. Je však správné se domnívat, že tyto techniky jsou lékem na rezistenci? O tom, že tomu tak není, a rezistence je problémem i biologické nebo šířeji nechemické ochrany, se přesvědčíme v dnešním dílu našeho seriálu.

Možnosti vzniku rezistence

Vznik rezistence vůči různým patogenům nebo chemickým látkám je v přírodě běžná věc. Je na tom založen odvěký zápas mezi rostlinami a herbivory, mezi hostiteli a jejich patogeny atd. Rostlina se herbivorům brání tím, že produkuje látky, které mají například insekticidní účinky. Hmyz, který se rostlinou živí, si zase vytváří metabolické dráhy, které mu umožnují eliminovat negativní působení jedovatého rostlinného metabolitu. Stejně tak si různé vyšší organizmy vytvářejí složité imunitní systémy, aby si zajistili bezpečí před infekcí virem či bakterií a tyto patogeny se pro změnu zase učí, jak imunitu svých hostitelů obcházet. To, že vznikne rezistence, by nás tedy nemělo překvapovat, vlastně bychom s tím měli počítat. Přesto se my lidé stále chováme pošetile, když vytváříme systémy, které vznik rezistence neuvěřitelně urychlují a následně přispívají k jejímu šíření napříč státy a kontinenty.

Praktické příklady

První ukázkou může být Bacillus thuringiensis, celkem běžná bakterie, která se vyskytuje ve fyloplánu (nadzemní část rostlin). Některé subspecie napadají motýly (Bt kurstaki), jiné preferují brouky (Bt tenebrionis) nebo třeba komáry (Bt israelensis). Způsob, jakým dokáží zabít hmyz, je poměrně sofistikovaný. Bakterie vytváří spory, uvnitř kterých se skrývá krystalický protein delta endotoxin. Ten se v zásaditém prostředí hmyzího trávicího traktu aktivuje a způsobuje perforaci střeva. Bakterie tak může proniknout do hemolymfy hmyzu, kde se masivně pomnoží. Toto množení bakterií způsobí hmyzu smrtelnou septikemii. Napadený hmyz se na konec v podstatě rozteče a do prostředí se z mrtvolky uvolní obrovské množství nových spor.

Zástupci přípravků na bázi Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Lepinox) a var. Bacillus thuringiensis (Novodor); vůči oběma přípravkům jsou již známé rezistence, vzniklé z velké části masivním pěstováním GMO plodin.

Přípravky na bázi této bakterie se začaly masivně používat již před mnoha lety a proti housenkám motýlů jsou dostupné i na našem trhu. Současně však byl gen pro tvorbu delta endotoxinu přenesen z bakterie do genomu kukuřice a posléze i do mnoha dalších plodin. Transgenní rostliny tak tento toxin sami produkují a jsou pro veškerý cílový hmyz, např. housenky motýlů nebo larvy brouků, jedovaté. Pro člověka jsou ale zcela neškodné, nás totiž chrání kyselé prostředí trávicího traktu. Nicméně tímto způsobem vznikl do té doby naprosto nemyslitelný selekční tlak a záhy se dostavil „velmi překvapivý“ výsledek. Po celém světě se začaly s rostoucí frekvencí objevovat zprávy o vzniku rezistence u mnoha škůdců, ať už to byl zavíječ kukuřičný, bázlivec kukuřičný, různé blýskavky či jiný hmyz.

Způsob, jak tento problém řešit, ale existuje. Bacillus thuringiensis má celou řadu subspecií, které nesou různé varianty endotoxinu. Je tedy možné vytvářet nové přípravky a nové GMO odrůdy s jinými variantami toxinu, popř. přípravky a plodiny na bázi toxinů zcela odlišných. Jejich tvorbu totiž zvládají i jiné druhy bakterií. Především by ale nebylo od věci, aby si pěstitelé GMO a uživatelé biologických přípravků zopakovali pravidla antirezistentní strategie.

Velmi podobný případ můžeme najít i mezi viry. Nejčastěji používaným virem v ochraně rostlin je asi virus granulózy obaleče jablečného (CpGV). Původně byl tento baculovirus izolován v Mexiku v roce 1964 a zhruba o dvě desítky let později, v roce 1988, uveden na trh ve Švýcarsku. Krátce na to v dalších evropských zemích, a nakonec i v severní Americe. S malými obměnami se používá do dnešních dnů a důvodem, proč se mu říká virus granulózy, je to, že se virové částice pod elektronovým mikroskopem jeví jako drobné kuličky - granule. Virus je, podobně jako i jiné viry, pověstný tím, že dokáže modifikovat chování svých hostitelů, kteří po pozření virových částic vylézají na vrcholky rostlin a konce větviček, kde se zavěšují a hynou. Díky této úpravě chování dociluje virus lepšího šíření větrem pomocí kapének s obsahem nových virových částic, které pak snadno kontaminují okolní rostliny a hostitele. Důvod, proč se tento virus stal tak oblíbeným, je skutečnost, že je vysoce selektivní jen k housenkám obaleče jablečného. Jeho aplikace je tedy pro ostatní necílové organizmy zcela bezpečná, dokonce má nulovou ochranou lhůtu. Pro pěstitele jabloní je to přípravek z říše snů. Tedy byl, dokud se desetitisíce pěstitelů na statisících hektarů sadů nezačali na tento virus spoléhat jako na všemocný zázrak seslaný shůry. Ano tušíte správně. V Evropě, a při nejmenším od roku 2018 i v USA, jsou všechny známé populace obaleče jablečného v důsledku používání přípravku proti viru granulózy zcela rezistentní. Tento problém je možné řešit používáním jiných variant viru, se kterými hostitel zatím nepřišel do styku, a vůči kterým je dosud citlivý. Nicméně vznik tohoto problému je další vztyčený varovný prst. Pamatujme na antirezistentní strategii!

Obaleč jablečný si dokáže pod silným selekčním tlakem vyvinout rezistenci například vůči viru granulózy (CpGV)

Do třetice se podívejme na rostlinné extrakty nebo různé bakteriální metabolity. V této oblasti by s ohledem na podobnost k chemickým pesticidům mohl nebezpečí vzniku rezistence očekávat skoro každý. Přesto se ale mezi námi nachází stále spousta jedinců, kteří žijí v naivní víře, že když je něco přírodní, je to bezpečné a rezistence nemůže vzniknout, nebo jen těžko a pomalu. Dva výše uvedené příklady snad ale postačí, protože jasně dokládají, že i rostlinné a bakteriální extrakty mají vysoké riziko vzniku rezistence.

Extrakt z kopretiny, zvaný pyrethrum, je báječný insekticid. Jenomže hmyz je schopen si vůči pyretrinům, a také od nich odvozeným pyretroidům, velmi rychle vytvořit rezistenci. Stačí pár opakovaných aplikací a rezistentní škůdce je na světě. Většinou v tomto případě započne a zároveň skončí svoji kariéru v nějaké malé zahrádce, ale občas se mu poštěstí se dostat i dál, a pak je na problém zaděláno.

Pyrethrum získané z kopretin je výborný přírodní insekticid, u hmyzu ale vůči němu velmi rychle vzniká rezistence

S metabolity bakterií to není jiné. Obvykle působí na jedno konkrétní místo, určitou metabolickou dráhu cílového organizmu. Proto si takový hostitel dokáže snadno vyvinout rezistenci. Pokud by účinek spočíval v ataku metabolizmu hostitele na několik odlišných míst zároveň, rezistenci by si pravděpodobně vyvinout nedokázal, nebo by mu to trvalo velmi dlouho. Nejznámější pesticid na bázi bakteriálních metabolitů dostupný v ČR je Spintor s účinnou látkou spinosad. Opět velmi kvalitní přípravek, vůči kterému si však řada druhů hmyzu již dokázala vytvořit rezistenci. Mezi odolné šťastlivce tak patří některé populace třásněnky západní, zápředníček polní, moucha domácí, blýskavka Spodoptera exigua a další.

Na samý závěr bychom snad mohli ještě zmínit různé predátory, parazitoidy, entomopatogenní hlístice a houby. Může si hostitel vytvořit rezistenci vůči těmto organizmům? Nebudu tvrdit, že nemůže, ale je to vysoce nepravděpodobné. Představa, že by mšice začala být postupně odolná vůči slunéčku, patří zatím do říše snů. Důvody, proč v případě hub, hlístic nebo parazitoidů ke vzniku rezistence nedochází, jsme zmínili výše. Tyto organizmy totiž napadají své hostitele na mnoha frontách zároveň, útočí na imunitní systém a různé jiné metabolické dráhy, produkují řadu nejrůznějších toxinů a současně hostitele poškozují mechanicky. Že by se v nějakém organizmu vytvořilo několik mutací najednou, které by cílovému organizmu zajistili ochranu, je tak málo pravděpodobné. To nás přivádí opět k antirezistentní strategii, kterou bychom se třeba od hlístic mohli učit.

Biologická ochrana s rozmyslem

Jestliže chceme využívat výhod biologické a nechemické ochrany rostlin, a chceme se těšit z produkce bez reziduí pesticidů, musíme přemýšlet. Nikdy nesmíme na škůdce ani původce choroby vytvářet extrémní selekční tlak, zvláště ne pokud je nástrojem ochrany agens či preparát, který má jednoduchý mechanizmus účinku. Pokud atakujeme jen jeden jediný gen, jednu metabolickou dráhu nebo jedno místo v buněčné stěně, je tu vysoké riziko vzniku rezistence. A jediný způsob, jak se tomu vyhnout, je střídání přípravků s různým mechanizmem účinku. Pokud je to možné, nikdy tentýž přípravek nepoužívejte vícekrát než jednou za sezonu. Obvykle je možné najít i řadu biologických a nechemických alternativ, např. housenky obaleče jablečného se dají hubit virem granulózy, bakterií B. thuringiensis nebo rostlinnými extrakty. A kromě toho nám mohou pomoci pohlavní feromony, pásy z vlnité lepenky nebo ptáci.

Rezistence je bohužel problém i biologické ochrany, je proto nutné uplatňovat stejná pravidla jako v případě varianty chemické. Jedině tak je možné udržet přípravky trvale účinné, nebo alespoň nástup rezistence maximálně oddálit. Věřme, že pro toho, kdo je ochotný přemýšlet a konat, se vždycky najde cesta, jak dosáhnout úspěchu a vyhnout se problémům s rezistencí. A je jedno, zda budeme volit prostředky chemické nebo biologické.