Virusi, ki delajo v dobro človeka in njegove prehrane

Še nedolgo tega je znanost gledala na viruse kot na izključno škodljive. Tako za človekovo zdravje kot gospodarstvo – kmetijstvo. Novejša spoznanja pa kažejo, da bi jih (skupaj z bakterijami) lahko tudi v kmetijstvu izkoristili sebi v prid. Znanost in pridelovalci sanjajo o tem, da bi z njimi lahko nadomestili (pretirano) rabo pesticidov, ki poleg škodljivcev napadejo tudi tisto, kar je v živilu in njegovi okolici dobrega.

Zanimiv je podatek, da se uporaba virusov in bakterij za boj proti boleznim že desetletja raziskuje na ljudeh in živini, vendar se ne uporablja za zdravljenje rastlin, čeprav bi to v javnosti verjetno vzbujalo veliko manj odpora.

Virusi ne nagajajo le človekovemu zdravju. Gospodarska škoda, ki jo povzročajo na kmetijskih pridelkih, je ogromna. Med tiste, ki najbolj prizadenejo letino, po mnenju rastlinskih virologov štejemo virus mozaika tobaka (TMV), virus pegavosti in uvelosti paradižnika (TSWV), virus rumenenja in kodravosti listov paradižnika (TYLCV), virus mozaika kumare (CMV), virus Y krompirja (PVY), virus cvetačnega mozaika (CaMV), afriški virus mozaika kasave (ACMV), virus šarke (PPV), virus mozaika stoklase (BMV) in virus X krompirja (PVX).
 

Zaradi virusa smo ostali brez igorja

Če pogledamo le viruse, ki uničujejo krompir, eno najpomembnejših kmetijskih rastlin na svetu, ki se goji za prehrano ljudi, vidimo, da lahko njihove različice povzročijo izgubo od 10 do 90 odstotkov letine, prav tako je nezanemarljivo poslabšanje kakovosti živila. V ekstremnih primerih, zgodil se je tudi pri nas, popolnoma iztrebijo posamezno sorto. V Sloveniji smo tako v le nekaj letih zaradi širjenja nove različice virusa PVX izgubili sorto krompirja igor, s tem pa »tapravi slovenski tenstan krompir«.

Virusi jo močno zagodejo tudi hmelju. Primerov je po svetu še nešteto. Virusi so za hrano ubijalski. A to se utegne spremeniti.
Britansko društvo za patologijo rastlin navaja, da se je po obdobju negativne diskriminacije virusov, ko na splošno niso bili vključeni na sezname koristnih mikrobov, v zadnjem desetletju to nekoliko spremenilo.

Nedavno delo stroke je namreč pokazalo, da imajo lahko tudi pomembne in koristne vloge v rastlinah, zlasti v ekstrem­nih okoljih, v katerih pomagajo do tolerance na sušo, pa tudi takšni so, ki povečujejo odpornost in potencial rasti ali zmanjšujejo potrebo po uporabi kemičnih gnojil ali pesticidov. Toda vprašanje je, kako jih usmerjati in obrniti sebi v prid tam in takrat, ko to želimo.
 

Virusi pomagajo pri cvetju, zakaj ne bi tudi v prehrani

Nekateri doslej najbolj opevani koristni virusi, ki so prisot­ni v rastlinah, so tisti, ki pripomorejo k lepšim okrasnim rastlinam. Virus, ki je povzročil pojav lis in črt na prvotno enobarvnih cvetovih tulipanov, je bil prvi na dolgem seznamu takšnih prijaznih virusov.
Zanimivo je, da imajo v nekaterih okoljih in razmerah kar nekaj koristnih lastnosti tudi sicer škodljivi virusi, ki smo jih omenili na začetku. Lahko povzročijo zelo zaželeno toleranco na sušo in nizke temperature pri različnih poljščinah.

Rastlinski virusi z blagimi simptomi so bili tako po navedbah britanskega društva že uporabljeni za zaščito pred neugodnejšimi sevi, v nekaterih primerih, kakor navajajo, lahko endogeni virusi tudi varujejo pred sorodnimi virusi. Seme je bilo posejano. Gre le za nenavadna naključja ali pa je znanost zaradi svoje predstave o virusih kot povzročiteljih bolezni preveč pristranska do njih?
 

Rastline so že tisočletja okužene z virusi

Študije o biotski raznovrstnosti virusov kažejo, da so rastline okužene s številnimi virusi, vendar ti nanje nimajo škodljivih učinkov, vsaj ne očitnih. Morda ravno nasprotno? Znanost tega (še) ne ve. V divjih rastlinah najdemo obstojne viruse iz družin Chrysoviridae, Endornaviridae, Partitiviridae in Totiviridae. Ti so že zelo dolgo, morda celo tisoče let povezani s svojimi gostitelji. Eno od obetavnih dejstev je, da nobena rastlina, za katero poročajo, da vsebuje integrirane sekvence omenjenih virusov, nima citoplazemskih okužb.

Če torej trdovratni virusi zagotavljajo pomembno koristno funkcijo za rastlino, ali to pomeni, da bi vključitev virusnih sekvenc v genom lahko odpravila težave tudi pri kateri drugi? Kakor opozorijo britanski raziskovalci, je težko popolnoma razvozlati potencial virusnih funkcij, ne da bi upoštevali izvor gostiteljske rastline. Okoljske in druge razmere pri pridelavi rastlin se namreč zelo razlikujejo od okolja njihovih prednikov, kjer so jih virusi davno tega okužili in kjer so se ta dolgotrajna razmerja razvijala.

Na Floridi izgubljajo pomaranče

Nekaj takšnega potenciala poskušajo razvozlati na Floridi, kjer jim preglavice in milijonske izgube pri pridelavi pomaranč že desetletja povzroča bakterija HLB, ki je od leta 2005 oklestila 70 odstotkov pridelka, 40 odstotkov samo v zadnjih petih letih. Bakterija HLB povzroča zelenenje citrusov. Da bi preprečili izpad, pridelovalci škropijo nasade s pesticidi dvakrat toliko kot prej, poskušajo tudi z antibiotiki in genskim inženiringom, a nič ni zares pomagalo. Na Floridi so od leta 2000 izgubili 80.000 hektarov pomarančevcev, še enkrat toliko pa že do tistega leta. Zdaj jim upanje vliva poljudno imenovani dizajnerski prijazni virus.

Znanstveniki ga laično opisujejo kot molekularno dostavno službo. Virusi dostavijo svoj genski material v celice rastlin, živali ali celo ljudi, kjer nato izpolnijo svoje poslanstvo: povečajo tvorbo določenih beljakovin ali neposredno vplivajo na gensko sestavo celice. Pri pomarančah dodajo špinačne beljakovine, ki ubijejo škodljive bakterije.
 

Morda jih zaščitijo z virusom

Southern Gardens Citrus, pridelovalec pomaranč za večino večjih ameriških izdelovalcev pomarančnega soka, je prvo podjetje, vsaj laični znanosti znano, ki je zares poseglo na področje dizajnerskih virusov. Svoje delo razglašajo za eno večjih znanstvenih odkritij sintezne biologije. Na spletu je dostopen dokument iz leta 2018, v katerem so ameriško agencijo za hrano in zdravila (FDA) zaprosili za uporabo in distribucijo virusa citrusne tristeze (CTV-SoD) za zaščito pridelka oz. natančneje za obvladovanje bolezni zelenenja citrusov.

Njihova metoda, uporaba gensko spremenjenega virusa, ki v celice agrumov dostavi špinačne beljakovine, kot že rečeno, ubije bakterije HBL. Če bo metoda, ko jo bodo uporabili v večjem obsegu (preizkusi v nasadih že potekajo), učinkovita, bo to znatno povečalo ameriško pridelavo pomaranč in povečalo njeno donosnost.
 

Kako deluje metoda

Za britansko revijo Wired je Tim Eyrich, podpredsednik za raziskave in trženje pri Southern Gardens, leta 2017 dejal: »Metodo si lahko predstavljate tudi kot vitaminsko tableto s počasnim sproščanjem. Napadamo bakterije tam, kjer živijo, in to lahko storimo, ne da bi spremenili biologijo drevesa.«

V luči tega, da se tudi Američani vedno bolj obračajo stran od gensko spremenjene hrane, gre za ogromen potencial, a ne smemo prezreti, da je bil prav Southern Gardens med tistimi, ki so si ameriško družbo dolgo trudili prepričati, da so GSO edini način, če želijo piti domač pomarančni sok.

V podjetju trdijo, da je CTV-SoD biološko sredstvo za nadzor, torej naravni organizem, ki je namenjen pomoči pri obvladovanju bolezni citrusov. »Vstavljanje tujih sekvenc omogoča delovanje virusa v citrusih, ne da bi dejansko vstavili zaporedje DNK v genom rastlin. Poskusi v laboratoriju so dali odlične rezultate, kar je vodilo v preizkušanje strategije v večjem obsegu,« so zapisali v dokumentu, ki ga zdaj presoja FDA.

Kje natančno je sadovnjak, kjer potekajo poskusi, je tajnost. Pri njih sodelujejo z znanstveniki z univerze na Floridi, kjer so raziskovalci klonirali virus citrusna tristeza, ki je prisoten na skoraj vseh pomarančevcih na Floridi, vendar je za večino neškodljiv. Hkrati so eksperimentirali z geni, ki proizvajajo protimikrobne beljakovine v špinači, te pa branijo svoje gostitelje pred tveganji. Znanstveniki so nato združili genski material s t. i. prijaznim virusom.

Da bi zagotovo okužili drevesa z obogatenim virusom, so v rastlinjaku v lubje vsakega posameznega drevesa vtaknili rastlinsko snov, ki je bila obdelana z njim. Virus se je nato razširil skozi tkivo in našel pot v celice, od korenin in vse do listov, je o prelomnih preizkusih poročal nemški Spiegel. »Drevo je v bistvu proizvajalo svoje zdravilo, ne da bi manipulirali z geni,« so zapisali.
Biolog Michael Irey, ki sodeluje pri projektu, je za nemški časopis dejal, da virus ne ubije vseh bakterij, vendar so poskusi obetavni. Znanstvene študije o tem še ni.
 

Stranski učinki

Michael Irey meni, da so dizajnerski virusi ekološko neproblematični, saj pomagajo varovati okolje; zaradi njih se močno zmanjša količina pesticidov, ki se uporabljajo proti zatiranju škodljivcev. Po njegovem prepričanju tveganja, da bi se virus prenesel na druge rastline, skoraj ni. Da bi to dokazali, so v poskusni sadovnjak posadili vsaj eno vrsto neokuženih dreves, da vidijo, kako se virus širi. »V devetih letih na njih še nismo opazili znakov okužbe,« pravi.


Da nevarnosti ni, pa se ne strinja evolucijski biolog Guy Reeves z Inštituta Maxa Plancka, ki že nekaj let spremlja raziskave z gensko spremenjenimi virusi. »Seveda obstajajo nevarnosti, kot je na primer možnost, da bi klon virusa iz laboratorija v naravi mutiral ali komuniciral z virusom in nenadoma postal prenosljiv.« Po njegovem mnenju bi bilo podeljeno dovoljenje za pomarančevce »nesrečen precedens za prihodnje tehnologije«.

Potencialni obeti virusne tehnologije, če lahko tako rečemo, so za kmetijstvo, ki se trudi čim bolj do okolja prijazno na­hraniti vedno številčnejše prebivalstvo, ogromni. Rastlinski virusi, ki ne pomenijo nevarnosti za ljudi, bi lahko zaščitili oljčne nasade, koruzo in riž.
 

Poskusi tudi v Evropi

Southern Gardens Citrus namreč ni edini, ki se ukvarja s supervirusi. Znanstveniki iz ZDA med drugim gojijo listne uši, ki bodo lahko prenašale viruse na rastline. Program, ki je prejel 27 milijonov dolarjev podpore ameriške agencije za napredne raziskovalne projekte na področju obrambe (DARPA), se imenuje Zavezniki žuželk. Znanstveniki upajo, da bodo svoj cilj – roje žuželk, ki prenašajo dizajnerske viruse z rastline na rastlino, brez človeškega posredovanja – dosegli do leta 2021.

DARPA, kakor navaja Spiegel, trdi, da je njen glavni poudarek varnost preskrbe s hrano v ZDA, država pa da mora biti pripravljena na vnesene škodljivce in ekstremno vreme. Dr. Georg Jander z Univerze Cornell pravi, da sicer »že obstajajo sorte koruze, ki zdržijo daljša obdobja s pomanjkanjem padavin, vendar je pridelek običajno majhen. Žuželke pa dostavijo gen za odpornost proti suši samo takrat, ko je potreben. Zaradi njega se na koruzi zaprejo listne pore in tako zmanjšajo izgubo vode.«
V Evropi je združenje 17 raziskovalnih institucij in podjetij prejelo od EU več kot tri milijone evrov sredstev za preučevanje potenciala takšnih virusov za kmetijsko industrijo.

So pa nekateri strokovnjaki zaskrbljeni, da bi se supervirusi lahko prenašali na druge rastlinske vrste in se začeli nenadzorovano širiti. Poleg tega so izdali opozorilo, namenjeno posebej programu DARPA, da lahko tehnologija pride v napačne roke in se spremeni v nevarno biološko orožje.

Za odgovore na vprašanje, ali so virusi dobra rešitev in ali so utemeljene skrbi, če ne ostanejo pod nadzorom in mutirajo, nato pa iz njih nastanejo superokužbe, je še prezgodaj.