Ερευνητές στο Ινστιτούτο Διεπιστημονικής Φυσικής και Σύνθετων Συστημάτων (IFISC), που είναι ένα κοινό κέντρο του Ισπανικού Εθνικού Ερευνητικού Συμβουλίου (CSIC) και του Πανεπιστημίου των Βαλεαρίδων Νήσων (UIB), ανέπτυξαν μια νέα τεχνική για να υπολογίσουν τον κίνδυνο προσβολής των ευρωπαϊκών αμπελώνων από τη νόσο του Pierce, και χρησιμοποιώντας τελευταίας τεχνολογίας κλιματικά δεδομένα, έκαναν προβλέψεις για τη μελλοντική χωρική επέκτασή της κάτω από διαφορετικά σενάρια υπερθέρμανσης του πλανήτη.
Τα ευρήματά τους που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Scientific Reports, περιγράφουν πώς μια αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη άνω των 3 βαθμών σε σύγκριση με τα προβιομηχανικά επίπεδα θα ήταν ένα οριακό σημείο για την εγκατάσταση του βακτηρίου στην ηπειρωτική Ευρώπη, το οποίο επί του παρόντος επηρεάζει σημαντικά τις αμπελοκαλλιέργειες και τις ελαιοκαλλιέργειες στις παράκτιες περιοχές της Μεσογείου και εξαπλώνεται βορειότερα στην Ευρώπη.
Το κλίμα καθορίζει την περιοχή στην οποία μπορούν να εμφανιστεί αυτή η νόσος, επομένως μια ευνοϊκή θερμοκρασία ενισχύει την ανάπτυξη επιδημικών εστιών. Ο δρ Manuel Matías, από το Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC) και πρώτος συγγραφέας αυτής της μελέτης, θεωρεί ότι η κλιματική αλλαγή είναι βασικός παράγοντας για την «ενίσχυση και την κατανομή της ασθένειας στα φυτά σε όλο τον κόσμο».
Η ομάδα με επικεφαλής τον Matías οριοθέτησε τη μεταδοτική επίδραση του X. fastidiosa σε τέσσερα διαφορετικά επίπεδα αύξησης της θερμοκρασίας (κατά 1,5 βαθμό, κατά 2, 3 και έως και 4 βαθμούς), που προβλέπεται για τα επόμενα χρόνια σε σύγκριση με τα προβιομηχανικά επίπεδα. Το μοτίβο αυξημένου κινδύνου εγκατάστασης της νόσου λόγω αύξησης της θερμοκρασίας επαναλαμβάνεται σε όλα τα σενάρια.
Μια παγκόσμια επιδημία με εκατομμύρια απώλειες
Έχει περάσει μια δεκαετία από την πρώτη ανίχνευση του βακτηρίου X. fastidiosa στην Ευρώπη, το οποίο μέχρι τον 21ο αιώνα θεωρούνταν επίσημα ο αιτιολογικός παράγοντας της νόσου του Pierce στα σταφύλια της αμερικανικής ηπείρου και ένα εξαιρετικά επικίνδυνο φυτοπαθογόνο βακτήριο παγκοσμίως.
Στην Καλιφόρνια αυτό το βακτήριο, που έχει 3 υποείδη, προκαλεί ζημίες εκατομμυρίων δολαρίων στον αμπελοοινικό τομέα κάθε χρόνο. Τα μολυσμένα φυτά παράγουν λίγους καρπούς κακής ποιότητας, τα φύλλα τους αποχρωματίζονται, νεκρώνονται και πέφτουν και τα φυτά μπορεί να πεθάνουν μέσα σε λίγα χρόνια, ειδικά αν δεν ποτίζονται, κάτι που συμβαίνει κατά κανόνα σε πολλές μεσογειακές περιοχές.
Το 2013, η εμπλοκή του Xf στον μαζικό θάνατο των αρχαίων ελαιόδεντρων (21 εκατομμύρια) στην Απουλία της Ιταλίας και η ταχεία εξάπλωσή του προκάλεσε ανησυχία στην ευρωπαϊκή γεωργία. Σήμερα, και τα τρία υποείδη του Xf έχουν ανιχνευθεί στις Βαλεαρίδες Νήσους (Ισπανία), ενώ αρκετές κλωνικές γενεαλογίες του έχουν βρεθεί στην Κορσική και στην περιοχή PACA της Γαλλίας, στο Αλικάντε (Ισπανία), στη Τοσκάνη (Ιταλία) και στην Πορτογαλία. Εκτός Βόρειας Αμερικής, το Xf είναι εγκατεστημένο μόνο στα νησιά Μαγιόρκα (όπου εκτιμάται ότι έχει επηρεάσει το 80% των αμυγδαλιών) και στη Ταϊβάν, ενώ εντοπίστηκε πρόσφατα στο Ισραήλ και στον Λίβανο.
«Το X. fastidiosa είναι ένα gram-αρνητικό, βραδέως αναπτυσσόμενο και προαιρετικά αναερόβιο βακτήριο που έχει αποτελέσει αντικείμενο ενδιαφέροντος λόγω των οικονομικών του επιπτώσεων. Έχει ένα εξαιρετικά εκτεταμένο φάσμα φυτών ξενιστών-σχεδόν 800 είδη φυτών συμπεριλαμβανομένων των Citrus sinensis (πορτοκαλιά), Cyanococcus spp (μύρτιλο), Neorion oleander (πικροφάφνη), Olea europaea (ελιά) και Vitis vinifera (αμπέλι). Το X. fastidiosa καταφέρνει να εισέλθει στον ξενιστή χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα έντομα ως φορείς, αφού έχει αποικίσει επιτυχώς το έντερό τους, και προσβάλει τα αγγεία του ξυλώματος. Το σύστημα επιτήρησης των φυτών επιτυγχάνει αξιοσημείωτα την αναγνώριση του βακτηρίου και το περιορίζει σε έναν νεκρωμένο ιστό», εξηγεί ο καθηγητής στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης και ερευνητής στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ, Δρ. Παναγιώτης Σαρρής, ο οποίος με την ομάδα του μελετά τους μηχανισμούς παθογένειας αυτού του μικροοργανισμού καθώς και τους μηχανισμούς άμυνας ανθεκτικών φυτικών ειδών.
Για τις ευρωπαϊκές εστίες που μελετήθηκαν, ως κύριος φορέας του βακτηρίου θεωρήθηκε μια ομάδα εντόμων που ανήκουν στην οικογένεια των Aphrophoridae, και συγκεκριμένα ο Philaenus spumarius (λιβάδιος πεταλούδας).
Η συγκεκριμένη μελέτη δείχνει πώς η παρατεταμένη άνοδος της θερμοκρασίας επεκτείνει την κατανομή του X. fastidiosa βορειότερα από τις αρχικά πληγείσες περιοχές κοντά στη Μεσόγειο, με τη Γαλλία, την Ιταλία και την Πορτογαλία να είναι οι χώρες που έχουν πληγεί περισσότερο. Η μελέτη επισημαίνει πως ακόμη και μια οριακή μείωση του πληθυσμού του εντόμου P. spumarius, σε ορισμένες περιοχές, όπως π.χ. σε ένα μεγάλο μέρος της Ισπανίας, θα αύξανε ελαφρά την οικολογική μετατόπιση του βακτηρίου στις πιο ηπειρωτικές ή ορεινές περιοχές της Ευρώπης.
Ποσοτικοποίηση του κινδύνου εξάπλωσης
Οι ερευνητές θεωρούν ότι η κλιματική αλλαγή είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την αγροτική πολιτική της ΕΕ. Υποστηρίζουν δε, ότι η πρόβλεψη του τι θα μπορούσε να συμβεί σε ορισμένες περιοχές θα βοηθούσε στη λήψη καλύτερων αποφάσεων στο μέλλον για την αύξηση της επιτήρησης σε αυτές τις περιοχές και τη μείωση των πιθανών επιπτώσεων της νόσου στις καλλιέργειες.
Σε αυτή τη λογική, οι επιστήμονες ποσοτικοποίησαν τον κίνδυνο μόλυνσης των αμπελιών από X. fastidiosa σε διαφορετικές χωρικές κλίμακες, σε επίπεδο χώρας, σε οινοπαραγωγικές περιφέρειες ΠΟΠ (προστατευόμενης ονομασίας προέλευσης) και σε γνωστούς αμπελώνες. Με βάση την ανάλυση του κινδύνου ανά χώρα, οι επιστήμονες κατέγραψαν ότι σε ένα αρχικό σενάριο που προβλέπει αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1,5 βαθμούς Κελσίου, τα αμπέλια της Πορτογαλίας και της Ελλάδας αντιμετωπίζουν τον υψηλότερο κίνδυνο μόλυνσης κατά 12% και 2% περισσότερο, αντίστοιχα. Σε ένα σενάριο με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 4 βαθμούς ο κίνδυνος θα ανέβαζε τα ποσοστά κατά 47% και 63%. Οι συγγραφείς περιγράφουν πώς σε αυτό το σενάριο η Γαλλία και η Ιταλία θα αντιμετώπιζαν επίσης έναν «σχετικό» κίνδυνο, αν και χαμηλότερο. Στην περίπτωση της Ισπανίας, της δεύτερης μεγαλύτερης οινοπαραγωγού χώρας, εκτιμούν ότι ο κίνδυνος θα παρέμενε στα τωρινά επίπεδα.
Ο κίνδυνος στις γαλλικές και ιταλικές περιφέρειες ΠΟΠ αυξάνεται σημαντικά από 13,4 και 45,8% σε ένα σενάριο αύξησης της θερμοκρασίας κατά 1,5 βαθμούς Κελσίου και σε 41,6% και 82,7% σε ένα σενάριο αύξησης κατά 4 βαθμούς. Σημαντικές ευρωπαϊκές ΠΟΠ όπως τμήματα της νότιας κοιλάδας του Ροδανού (Châteneuf du Pape), της Προβηγκίας και του Λανγκεντόκ στη Γαλλία, η περιοχή Penedés στην Ισπανία, η πορτογαλική Bairrada ή οι Chianti και Brunello di Montalcino στην Ιταλία, μεταξύ αλλων, θα κινδύνευαν από την υπερθέρμανση.
Συνολικά, οι προσομοιώσεις μοντέλων δείχνουν μια σταθερή αυξητική τάση στον κίνδυνο εξάπλωσης του βακτηρίου στην Ευρώπη σε όλα τα σενάρια κλιματικής αλλαγής. Το ποσοστό της γης σε κίνδυνο στην Ευρώπη αυξάνεται από 0,32% σε 1,87%, ενώ ο αριθμός των περιοχών με ΠΟΠ που κινδυνεύουν αυξάνεται από 18,17 σε 47,32% .
Αυτά τα δεδομένα είναι ανοικτά στον ιστότοπο IFISC και συνοδεύονται από λεπτομερή ανάλυση ανά χώρα, τύπο κινδύνου και σενάριο ανάλογα με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Οι συγγραφείς παραδέχονται τους περιορισμούς του μοντέλου τους, που υπόκειται σε αβεβαιότητες, εγγενείς στη μεταβλητότητα των προβλέψεων του κλιματικού μοντέλου. Ωστόσο, θεωρούν σημαντικό να προσπαθήσουν να κατανοήσουν τον τρόπο που εξαπλώνεται η ασθένεια, εξ ου και η διεπιστημονική προέλευση της μελέτης, η οποία συγκεντρώνει επιδημιολογικά και κλιματικά μοντέλα. Η έρευνα καταλήγει υποστηρίζοντας ότι οι νέες πληροφορίες θα βοηθήσουν στην καλύτερη διαχείριση των πόρων πρόληψης δίνοντας προτεραιότητα σε περιοχές ανάλογα με τον κίνδυνο μόλυνσης.
Έλληνες μελετούν τους μηχανισμούς παθογένειας του βακτηρίου
Το ευρύ φάσμα ξενιστών του Xylella fastidiosa (Xf) υποδεικνύει την ύπαρξη ακόμη αχαρακτήριστων μηχανισμών λοιμογόνου δράσης που το βοηθούν να υπερνικά τις άμυνες του ξενιστή.
Ενώ υπάρχουν αναδυόμενες μελέτες που αξιολογούν τον τρόπο ζωής, τα χαρακτηριστικά του ξενιστή και τις στρατηγικές αποικισμού αυτού του παθογόνου, λιγότερη πρόοδος έχει επιτευχθεί στον τομέα των μοριακών αλληλεπιδράσεων ξενιστή-παθογόνου. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ωστόσο, πως προκειμένου να καλυφθούν οι διατροφικές ανάγκες του βακτηρίου και να πολλαπλασιαστεί αποτελεσματικά μέσα στον ξενιστή, έχει εξελιχθεί ώστε να εκκρίνει παράγοντες λοιμογόνου δράσης -γνωστούς ως τελεστές- απευθείας στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου ξενιστή ή στον εξαιρετικά εχθρικό για αυτό, εξωκυτταρικό χώρο (αποπλαστικό). Ομοίως, οι μεμονωμένοι ρόλοι των λοιμωδών πρωτεϊνών που εκκρίνονται από το X. fastidiosa κατά την προσβολή του ξενιστή και ο τρόπος που αυτές οδηγούν στην ανάπτυξη της ασθένειας, παραμένουν ελάχιστα κατανοητοί.
Διάφορα εργαλεία βιοπληροφορικής σε συνδυασμό με την πρόβλεψη των λειτουργιών των υποτιθέμενων πρωτεϊνών λοιμογόνου δράσης αποτελούν πολύτιμες προσεγγίσεις για τη μελέτη της μικροβιακής παθογένειας.
Η ομάδα των Ελλήνων ερευνητών με επικεφαλής τον καθηγητή στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης και ερευνητή στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του ΙΤΕ, Παναγιώτη Σαρρή, μελέτησαν τους πιθανούς μοριακούς μηχανισμούς παθογένειας αυτού του παθογόνου μικροοργανισμού και παρουσίασαν τα ευρήματά τους στο Molecular Plant Pathology.
«Εμείς συλλέξαμε έναν αριθμό υποτιθέμενων τελεστών (παράγοντες λοιμογόνου δράσης) από τρία στελέχη του X. fastidiosa που ανήκουν σε διαφορετικά υποείδη, Temecula-1 (subsp. fastidiosa), CoDiRO (subsp. pauca) και Ann-1 (subsp. sandyi) και σχεδιάσαμε ένα σύστημα έκφρασης με βάση το Agrobacterium που οδηγεί τις εκφρασμένες πρωτεΐνες στον κυτταρικό αποπλαστικό χώρο, προκειμένου να διερευνήσουμε την ικανότητά τους να ενεργοποιούν την άμυνα στα φυτά μοντέλα του γένους Nicotiana (καπνός)», περιγράφει ο καθηγητής Σαρρής και συνεχίζει:
«Διαπιστώσαμε ότι οι πρωτεΐνες λοιμογόνου δράσης της X. fastidiosa είναι ικανές να ενεργοποιήσουν τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, δηλαδή μία μορφή άμυνας, σε κάποια φυτικά είδη. Αυτό υποδεικνύει την ύπαρξη νέων μηχανισμών ανθεκτικότητας στα είδη. Οι υπό μελέτη πρωτεΐνες λοιμογόνου δράσης της X. fastidiosa εντάσσονται σε διαφορετικές ομάδες ενζύμων όπως πρωτεάσες, κ.α.»
Τα ευρήματα της μελέτης των Ελλήνων επιστημόνων είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση των μηχανισμών προσαρμογής του βακτηρίου X. fastidiosa σε ευπαθείς ξενιστές, αλλά και της ενεργοποίησης της άμυνας σε ανθεκτικούς ξενιστές.
«Ευελπιστούμε, τα αποτελέσματα της μελέτης μας να εισαγάγουν νέες προσεγγίσεις στην αντιμετώπιση αυτού του σημαντικού παθογόνου μικροοργανισμού, ρίχνοντας φως στις μοριακές διαδικασίες τόσο της μικροβιακής παθογένειας, όσο και του εντοπισμού πηγών ανθεκτικότητας για την X. fastidiosa», καταλήγει ο καθηγητής Σαρρής.
