Όχι μόνο φυσικοί εχθροί των εντόμων, αλλά και πρωταγωνιστές ενός αόρατου διαλόγου με τον αγροτικό κόσμο, αυτοί οι μικροοργανισμοί υπόσχονται νέες λύσεις για μια πιο οικολογική άμυνα.

Όπως όλα τα ζωντανά όντα, τα ασπόνδυλα - και ιδιαίτερα τα αρθρόποδα - μπορούν να αρρωστήσουν. Αυτές οι ασθένειες συχνά προκαλούνται από εντομοπαθογόνα , μικροοργανισμούς που στοχεύουν ειδικά τα έντομα. Εμφανίζονται όταν διαταράσσεται η ισορροπία μεταξύ του οργανισμού και του περιβάλλοντος. Τα παθογόνα είναι υπεύθυνα: εισέρχονται στο σώμα του ξενιστή παθητικά, για παράδειγμα μέσω της τροφής, ή ενεργά, εκμεταλλευόμενα φυσικά ανοίγματα ή απευθείας τρυπώντας την επιδερμίδα. Μόλις εγκατασταθούν, πολλαπλασιάζονται γρήγορα και μπορούν να οδηγήσουν στον θάνατο του εντόμου, επίσης μέσω της παραγωγής τοξικών ουσιών . Αυτοί οι παράγοντες είναι συχνά ιδιαίτερα εξειδικευμένοι: πολλοί μολύνουν μόνο μια μικρή ομάδα εντόμων και, στην περίπτωση των ιών, ακόμη και ένα μόνο είδος ή γένος.

Εντομοπαθογόνα, για τι πράγμα μιλάμε;
Τα εντομοπαθογόνα είναι μικροοργανισμοί που, κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, έχουν αναπτύξει την ικανότητα να υπερνικούν τις ανοσολογικές άμυνες των εντόμων, μετατρέποντάς τα σε μια πραγματική πηγή τροφής. Αυτή η συγκεκριμένη κατηγορία αποτελεί μέρος της ευρύτερης ομάδας παραγόντων μικροβιακού ελέγχου (MCAs ) -ιδιαίτερα των βακτηρίων και των μυκήτων του εδάφους- που παίζουν πρωτίστως θεμελιώδη ρόλο ως αποικοδομητές οργανικής ύλης. Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, η ειδογένεση έχει οδηγήσει σε στελέχη ικανά να δημιουργήσουν στενότερες αλληλεπιδράσεις με τους ζωντανούς οργανισμούς, σε σημείο που να γίνουν πραγματικά παθογόνα. Μέσα στο πυκνό δίκτυο σχέσεων που χαρακτηρίζει κάθε οικοσύστημα, αυτή η διαπλοκή καθιστά τον αόρατο διάλογο μεταξύ του μικροβιακού κόσμου και αυτού των εντόμων ακόμη πιο περίπλοκο και συναρπαστικό . Συγκεκριμένα, μέσω προσεκτικής και συγκεκριμένης παρατήρησης μικροβίων, υποστηριζόμενης από ολοένα και πιο εξελιγμένες και προηγμένες τεχνολογίες και επιστημονικό εξοπλισμό, κατέστη δυνατό να μελετηθούν και να ερμηνευθούν οι μηχανισμοί μέσω των οποίων ένα παθογόνο αλληλεπιδρά με τον ξενιστή του, προσφέροντας μια ματιά σε πιθανές πρακτικές εφαρμογές, ειδικά στον τομέα της καταπολέμησης των παρασίτων. Στα φυσικά οικοσυστήματα, υπάρχουν καλά εδραιωμένες ισορροπίες μεταξύ εντομοπαθογόνων και πληθυσμών εντόμων. Αντίθετα, στα αγροοικοσυστήματα που δημιουργήθηκαν από τον άνθρωπο, αυτές οι ισορροπίες διαταράσσονται, ευνοώντας τον πολλαπλασιασμό των παρασίτων. Κατά συνέπεια, οι προσβολές από παράσιτα σε αυτά τα περιβάλλοντα είναι συχνές και, ιδιαίτερα κατά τις περιόδους μέγιστης πυκνότητας πληθυσμού, εμφανίζονται επιδημίες σε αυτά που προκαλούνται από εντομοπαθογόνα που βρίσκουν ιδανικές συνθήκες για εξάπλωση και, επομένως, για τον περιορισμό των πληθυσμών των παρασίτων. Τα εντομοπαθογόνα είναι φυσικοί οργανισμοί, πάντα παρόντες και πανταχού παρόντες σε διάφορα οικοσυστήματα και συμβάλλουν στην λεγόμενη «περιβαλλοντική αντίσταση» ρυθμίζοντας το βιοτικό δυναμικό των ειδών παρασίτων. Ενώ μπορούν να εντοπιστούν ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά, τα εντομοπαθογόνα περιλαμβάνουν πολύ διαφορετικές μορφές ζωής, όπως ιούς, βακτήρια, μύκητες και μια συγκεκριμένη κατηγορία νηματωδών που δρουν σε συμβίωση με βακτήρια και ως εκ τούτου ονομάζονται εντομοπαθογόνα νηματώδη.

Ο συναρπαστικός κόσμος των εντομοπαθογόνων χαρακτηρίζεται επίσης από εκτεταμένη δια- και ενδοειδική μεταβλητότητα, δημιουργώντας πολυάριθμες ευκαιρίες για πρακτικές εφαρμογές. Παρόλο που έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες για τα μικρόβια τις τελευταίες δεκαετίες, πολλές πτυχές παραμένουν προς διευκρίνιση, ειδικά όσον αφορά τους μηχανισμούς δράσης τους και τις διαδικασίες παθογένειας , οι οποίες περιλαμβάνουν πληθώρα μεταβολιτών και άλλων ενώσεων με εντομοκτόνες ιδιότητες, ένζυμα και παράγοντες λοιμογόνου δράσης. Σε αυτό προστίθεται η συνεχής ανακάλυψη νέων στελεχών εντομοπαθογόνων με προηγουμένως άγνωστα γενετικά χαρακτηριστικά που προσδίδουν μοναδικές βιολογικές ιδιότητες που μπορούν να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων βιολογικών και οικολογικά βιώσιμων λύσεων. Εξ ου και το βιομηχανικό ενδιαφέρον που ανέκαθεν υποστήριζε την έρευνα και την ανάπτυξη σε αυτόν τον τομέα, προβλέποντας τις εξελισσόμενες ανάγκες καταπολέμησης παρασίτων και εισάγοντας στην αγορά ολοένα και πιο καινοτόμα, αποτελεσματικά και εξελιγμένα προϊόντα με βάση τα μικρόβια.

Βιολογία των κύριων παθογόνων εντόμων.

Ιός
Μεταξύ των ιών με το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές βιολογικού ελέγχου είναι οι Baculoviridae , που χαρακτηρίζονται από ένα δίκλωνο κυκλικό γονιδίωμα DNA που περικλείεται σε ένα καψίδιο και ένα λιπιδικό περίβλημα. Δύο φαινότυποι μπορούν να διακριθούν στον μολυσματικό τους κύκλο: ο ιός που προέρχεται από την απόφραξη (ODV) , που περικλείεται σε κρυσταλλικά σώματα (OB) και είναι υπεύθυνος για τη στοματική μόλυνση στο επίπεδο του μεσεντέρου, και ο ιός που εκβλασταίνει (BV) , ο οποίος εξαπλώνει τη μόλυνση μεταξύ των κυττάρων της προνύμφης του ξενιστή. Οι OB έχουν διαφορετικές μορφές: οι Νουκλεοπολυεδροϊοί (NPV), πολύπλευροι και σχετίζονται με Λεπιδόπτερα, Υμενόπτερα και Δίπτερα, και οι Κρανουλοϊοί (GV), κοκκιώδεις και ειδικοί για τα Λεπιδόπτερα. Σήμερα, η γονιδιωματική αλληλούχιση έχει επιτρέψει την αναγνώριση γονιδίων που εμπλέκονται τόσο στις βασικές λειτουργίες του ιού όσο και σε προσαρμοστικά πλεονεκτήματα που συνδέονται με το περιβάλλον και τη λοιμογόνο δράση. Οι γονιδιωματικές μελέτες και οι μελέτες γονιδιακής έκφρασης έχουν επίσης διευκρινίσει τον ρόλο των πρωτεϊνών του περιβλήματος στη μόλυνση και τους μηχανισμούς χειραγώγησης της συμπεριφοράς του ξενιστή που ευνοούν την εξάπλωση του OB μετά τον θάνατο και την υγροποίηση των προνυμφών . Υπό αυτή την έννοια, η έρευνα αυτή έχει αυξήσει την κατανόηση του οικολογικού ρόλου των βακουλοϊών και έχει υποστηρίξει τη βιομηχανική τους χρήση: σήμερα, διατίθενται πολλά φυτοπροστατευτικά προϊόντα με βάση τον βακουλοϊό, τα οποία χαρακτηρίζονται από ευνοϊκό οικοτοξικολογικό προφίλ και αναγνωρίζονται από το ρυθμιστικό σύστημα αδειοδότησης.

Βακτήρια
Προχωρώντας στα βακτήρια , αντιπροσωπεύουν την πλειονότητα των βιοπαρασιτοκτόνων που χρησιμοποιούνται σήμερα (περίπου το 6% της παγκόσμιας αγοράς). Αυτά είναι προκαρυωτικά που έχουν αναπτύξει διάφορους τύπους αλληλεπιδράσεων με έντομα: από αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις, χρήσιμες για την πέψη, έως πραγματική παθογένεια. Μόνο λίγα είδη έχουν εξελιχθεί ως πραγματικά παθογόνα, ικανά να διασχίσουν το εντερικό φράγμα και να αποικίσουν το αιμοκήλιο. Εδώ, ο βακτηριακός πολλαπλασιασμός στην αιμολέμφο συχνά προκαλεί σηψαιμία και, κατά συνέπεια, θάνατο του ξενιστή. Σε αυτό το πλαίσιο, διακρίνουμε μεταξύ υποχρεωτικών, προαιρετικών και ευκαιριακών παθογόνων, των οποίων η μεταβλητότητα τροφοδοτείται από μεταλλάξεις και την ανταλλαγή γενετικού υλικού. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές παρουσιάζει η οικογένεια Bacillaceae , συμπεριλαμβανομένων των Bacillus thuringiensis , Lysinibacillus sphaericus , Brevibacillus laterosporus και Paenibacillus spp. Βακτήρια που σχηματίζουν σπόρια και παράγουν παρασποριακούς κρυστάλλους που περιέχουν πρωτεΐνες Cry, ειδικές για ορισμένες ομάδες εντόμων, μαζί με τοξίνες με ευρύτερο φάσμα δράσης. Η ποικιλομορφία των αντιπαρασιτικών πρωτεϊνών έχει οδηγήσει σε συστήματα ταξινόμησης που βασίζονται στη δομή τους. Παράλληλα με αυτά τα βιομηχανικά καθιερωμένα είδη, αυξάνεται επίσης το ενδιαφέρον για διάφορα Gram-αρνητικά βακτήρια: τα γαμμαπροτεοβακτήρια όπως τα Serratia και Pseudomonas , γνωστά για τους παράγοντες λοιμογόνου δράσης και τους εντομοκτόνους μεταβολίτες τους, και τα βήταπροτεοβακτήρια όπως τα Burkholderia και Chromobacterium , τα οποία έχουν διερευνηθεί πιο πρόσφατα για το βιοπαρασιτοκτόνο δυναμικό τους.

Εντομοπαθογόνοι μύκητες
Στον βιολογικό έλεγχο των αρθροπόδων παρασίτων, η χρήση εντομοπαθογόνων μυκήτων (EPFs ) έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στον 21ο αιώνα , όπως αποδεικνύεται από τον αυξανόμενο αριθμό προϊόντων που είναι ήδη διαθέσιμα ή βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Αυτό το ενδιαφέρον πηγάζει από τη φυσική τους εμφάνιση στο έδαφος και στα ίδια τα έντομα, με τα οποία δημιουργούν ιδιαίτερες σχέσεις που συχνά περιλαμβάνουν και φυτά ξενιστές. Οι EPFs ανήκουν σε διάφορες κατηγορίες μυκοτοειδών , αλλά δύο ομάδες παίζουν κεντρικό ρόλο. Τα εντομοφθορομύκητα , ικανά να προκαλέσουν φυσικές επιζωοτίες, έχουν μικρή πρακτική χρήση λόγω της υποχρεωτικής βιοτροφίας τους και της δυσκολίας της τεχνητής καλλιέργειας. Πολύ πιο σχετικά είναι τα Hypocreales ( Ascomycota ), τα οποία περιλαμβάνουν τα βασικά γένη Beauveria , Metarhizium , Isaria και Akanthomyces , που διατίθενται πλέον στο εμπόριο. Ο μηχανισμός δράσης τους ακολουθεί ένα τυπικό μοτίβο: τα κονίδια προσκολλώνται στο περίβλημα του εντόμου, βλασταίνουν και παράγουν δομές διείσδυσης που επιτρέπουν στον μύκητα να ξεπεράσει την άμυνα του ξενιστή. Ο αποικισμός των ιστών οδηγεί στον θάνατο του εντόμου, ακολουθούμενος από μια σαπροφυτική φάση κατά την οποία ο μύκητας αναδύεται από το πτώμα, παράγοντας νέα κονίδια, έτοιμα να μολύνουν άλλα αρθρόποδα. Αυτός ο μηχανισμός, ο οποίος είναι ανεξάρτητος από την κατάποση παθογόνων, τα καθιστά ιδιαίτερα αποτελεσματικά έναντι εντόμων που τρυπούν το έντομο, παρασίτων του εδάφους, ακρίδων, ακρίδων και συνανθρωπικών εντόμων όπως τερμίτες και κατσαρίδες . Ένα άλλο πλεονέκτημα των EPF είναι η συμβατότητά τους με άλλους μικροβιακούς παράγοντες, θηρευτές και παρασιτοειδή, διευκολύνοντας την ένταξή τους σε ολοκληρωμένα προγράμματα διαχείρισης παρασίτων. Επιπλέον, η ικανότητά τους να υπάρχουν ως ενδόφυτα και μικροοργανισμοί της ριζόσφαιρας ανοίγει καινοτόμες προοπτικές για την προστασία των καλλιεργειών. Μεταξύ των πιο μελετημένων περιπτώσεων είναι ο έλεγχος της λευκής μύγας ( Bemisia tabaci ) και του κόκκινου φοινικόσκυλου ( Rhynchophorus ferrugineus ), καθώς και νέες στρατηγικές που βασίζονται στην ενδοφυτική τους συμπεριφορά. Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται σε τρεις κύριους τομείς: παραγωγή και σύνθεση μεγάλης κλίμακας, αξιολόγηση συμβατότητας με άλλες μεθόδους καταπολέμησης παρασίτων και ανάλυση περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Όλοι αυτοί οι παράγοντες ωθούν τα EPF να γίνουν μια ολοένα και πιο πρακτική και βιώσιμη εναλλακτική λύση στα χημικά προϊόντα.

Καθηγητής Tarasco, Συνέδριο Βιοελέγχου 2025

Νηματώδη
Οι περισσότεροι νηματώδεις ζουν στο έδαφος ή σε υδάτινα περιβάλλοντα , αλλά περίπου το ένα τέταρτο είναι παρασιτικά είδη φυτών ή ζώων. Μερικά από αυτά έχουν αναπτύξει σχέσεις με έντομα, που κυμαίνονται από φορετικό έως υποχρεωτικό παρασιτισμό. Από τις περισσότερες από 30 γνωστές οικογένειες, οι πιο σημαντικές για τον βιολογικό έλεγχο είναι οι Steinernematidae και Heterorhabditidae (τάξη Rhabditidae ), τα μέλη των οποίων ονομάζονται εντομοπαθογόνα νηματώδη (EPNs) επειδή δρουν σε στενή σχέση με συμβιωτικά βακτήρια. Τα EPNs είναι ευρέως διαδεδομένα στο έδαφος και γνωστά για την ικανότητά τους να μολύνουν και να σκοτώνουν ένα ευρύ φάσμα εντόμων, συμπεριλαμβανομένων πολυάριθμων φυτοφάγων εντόμων που ζουν στο έδαφος. Από αυτή την άποψη, τα τελευταία τριάντα χρόνια, η παγκόσμια έρευνα έχει οδηγήσει στην αναγνώριση πάνω από εκατό νέων ειδών που ανήκουν σε αυτές τις δύο ομάδες. Η μόλυνση ξεκινά με το μολυσματικό νεανικό στάδιο (IJs), το οποίο εισέρχεται στον ξενιστή μέσω φυσικών ανοιγμάτων ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, διατρώντας την τραχεία και τα έντερα. Μόλις βρεθούν στην αιμολέμφο, τα IJs απελευθερώνουν τα συμβιωτικά βακτήρια που υπάρχουν στο έντερό τους, τα οποία είναι υπεύθυνα για τον ταχύ θάνατο του εντόμου.

Συμβιωτικά βακτήρια
Η εντομοπαθογόνος φύση των Steinernematids και των Heterorabditids προέρχεται από τη συμβίωση με βακτήρια των Enterobacteriaceae , Xenorhabdus spp. και Photorhabdus spp. , αντίστοιχα, τα οποία είναι Gram-αρνητικά, ασπορογόνα και προαιρετικά αναερόβια. Το νηματώδες τα μεταφέρει και τα προστατεύει, ενώ τα βακτήρια, μόλις βρεθούν στην αιμολέμφο, πολλαπλασιάζονται γρήγορα, παράγοντας θανατηφόρες τοξίνες και εξωένζυμα που, εντός 24-48 ωρών, μετατρέπουν τους ιστούς του ξενιστή σε θρεπτικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη νηματωδών. Ταυτόχρονα, απελευθερώνουν δευτερογενείς μεταβολίτες με αντιβιοτική, αντιμυκητιασική, νηματοκτόνο, αντιική και αντικαρκινική δράση . Τα μολυσμένα έντομα αποκτούν χαρακτηριστικούς χρωματισμούς (γκριζωπό/κίτρινο-κρεμ με το Xenorhabdus , κοκκινωπό/πρασινωπό και φωτεινό με το Photorhabdus ). Σε καλλιέργεια, τα βακτήρια μπορούν να δημιουργήσουν μη μολυσματικά κύτταρα φάσης II που απουσιάζουν στη φύση. Τα νηματώδη συμβάλλουν επίσης ενεργά στη θανάτωση: Το Steinernema αναπαράγεται σεξουαλικά, ενώ το Heterorhabditis δημιουργεί αυτογονιμοποιούμενα ερμαφρόδιτα θηλυκά. Μέσα σε λίγες ημέρες, εκατοντάδες χιλιάδες μολυσματικά IJs αναδύονται από τον εξαντλημένο ξενιστή. Έχει επίσης αναφερθεί η συμβολή άλλων βακτηρίων, όπως το Pseudomonas protegens . Τα EPNs παρασιτούν σε ένα ευρύ φάσμα εντόμων και είναι αποτελεσματικοί παράγοντες βιολογικού ελέγχου: είδη όπως τα Heterorhabditis bacteriophora, H. megidis, Steinernema feltiae και S. carpocapsae χρησιμοποιούνται ήδη με επιτυχία σε εμπορικά σκευάσματα, προσφέροντας μια οικολογικά βιώσιμη εναλλακτική λύση στα συνθετικά προϊόντα . Οι πρόοδοι στη μαζική παραγωγή και οι τεχνικές ακριβούς διανομής (ρομπότ και drones) έχουν ευνοήσει την υιοθέτησή τους, ενώ η έρευνα επικεντρώνεται στον εντοπισμό νέων στελεχών και συμβιωτών που στοχεύουν σε συγκεκριμένα παράσιτα.

Προοπτικές και συμπεράσματα
Τα τελευταία χρόνια, η έρευνα έχει καταδείξει την κρίσιμη σημασία του συνεχούς ελέγχου για νέα εντομοπαθογόνα, οδηγώντας στην ανακάλυψη μικροβιακών στελεχών και γονιδίων που συνδέονται με την παθογένεση. Ωστόσο, πολλά πεδία παραμένουν προς διευκρίνιση, ειδικά όσον αφορά τους μηχανισμούς δράσης και τις σύνθετες αλληλεπιδράσεις με τα έντομα-ξενιστές. Οι ερευνητικές ευκαιρίες εκτείνονται από τις πτητικές ενώσεις που απελευθερώνονται από μύκητες και νηματώδη , οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν τη συμπεριφορά των αρθρόποδων, έως τα εκκρίματα που προσελκύουν νηματώδη, έως τους μεταβολίτες των συμβιωτικών βακτηρίων, οι οποίοι διαθέτουν αντιβιοτικές και αντιμυκητιακές ιδιότητες. Παράλληλα με αυτές τις επιστημονικές προκλήσεις, η πρακτική διάσταση αυξάνεται: τα εντομοπαθογόνα αποδεικνύονται πολύτιμα εργαλεία σε ολοκληρωμένα προγράμματα διαχείρισης παρασίτων και διαχείρισης αντοχής , με το πλεονέκτημα ότι είναι πλήρως συμβατά με τη βιολογική γεωργία. Εξίσου σημαντική είναι η εξέλιξη του κανονιστικού πλαισίου σε πολλές χώρες, το οποίο προσανατολίζεται όλο και περισσότερο στην ενθάρρυνση της χρήσης οργανικών και οικολογικά βιώσιμων λύσεων. Σε αυτό το σενάριο, τα εντομοπαθογόνα αντιπροσωπεύουν όχι μόνο ένα κεφάλαιο ακαδημαϊκού ενδιαφέροντος, αλλά και ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα σύνορα για πιο καινοτόμο, βιώσιμη και περιβαλλοντικά ισορροπημένη προστασία των καλλιεργειών.

Luca Ruiu – Τμήμα Γεωργίας, Πανεπιστήμιο του Sassari
Eustachio Tarasco – Τμήμα Επιστημών Εδάφους, Φυτών και Τροφίμων, Πανεπιστήμιο του Bari Aldo Moro

Πηγή

© fruitjournal.com