23.9.2021 | Svátek má Berta


VĚDA: Zachraň mikroba, zachráníš svět

7.9.2021

Vyšší výnosy zemědělských plodin, kvalitnější úrodu, rychlejší obnovu lesů zdevastovaných přírodními pohromami a celkově zdravější porosty na polích i v přírodě. To vše nám slibuje výzkum spletitých vazeb, které poutají flóru s jejími mikrobiálními spojenci i protivníky.

Byliny, trávy, keře i stromy hostí nesmírně pestrou sbírku mikroorganismů. Na zástupce pozemské květeny proto vědci nahlížejí jako na společenstvo tvořené rostlinou a jejími mikrobiálními „podnájemníky“. Dochází v nich k mnoha pozoruhodným dramatům: tým pod vedením Shawna Christensena z Kalifornské univerzity v americkém Davisu například nedávno zjistil, že bakterie žijící v květech umějí ošálit pylová zrna a přinutí je ke klíčení. Mohlo by se zdát, že tím mikrobi rostlině škodí, protože jí tak ničí pyl; ve skutečnosti jí však prospívají.

Pylová zrna jsou nabitá živinami, především bílkovinami. Jejich obal je ale tak odolný, že se každý zájemce o obsah zrna ocitá v podobné situaci jako majitel konzervy bez otvíráku. Řada hmyzích opylovačů ale pyl z květů sbírá a kromě toho, že jej roznáší na jiné rostliny, ho také konzumuje. Vedle nektaru je pyl další odměnou, na kterou rostliny opylovače ke svým květům lákají.

Způsob, jakým hmyz „opancéřovaná“ pylová zrna tráví, zůstával dlouho záhadou. Včelám pomáhají jejich vlastní střevní bakterie, které si předávají zrno jako štafetový kolík. Každý mikrob na něm odvede svůj kus práce, až se nakonec obsah pylové „konzervy“ zpřístupní jak včele, tak i bakteriím žijícím ve včelích útrobách. Objev Christensenova týmu otevírá možnost, že se pyl nabízí hmyzu ve formě polotovaru připraveného mikrobiální osádkou květů; je tak pro opylovače atraktivnější a ti na něj rádi létají. Přitom roznášejí i nepoškozená pylová zrna, a rostlinám tak zajišťují zplození potomstva.

Zatím jen tušíme, co všechno můžeme z nově nabytých znalostí o mikrobiálních „podnájemnících“ čili mikrobiomu rostlin vytěžit. Ledacos však napovídá dokonaleji prozkoumaný mikrobiom člověka. Každý z nás hostí asi kilo a půl bakterií. Ty náleží tisícům druhů a jejich celkový počet se odhaduje na čtyřicet bilionů. Na každou lidskou buňku tak v našem organismu připadá jedna bakterie. Tahle pestrá bakteriální „zoo“ nám významně promlouvá do života: spolurozhoduje o tom, zda budeme mít sklony k obezitě, zda nám hrozí astma nebo ekzém, jak rychle stárneme a nakolik nám při tom slábne mozek. Každý z nás hostí mikrobiální společenstvo, jehož jedinečná skladba si unikátností nezadá s otisky prstů.

O důležitosti našich mikrobiálních společníků se přesvědčíme, když je zdecimujeme antibiotiky a zaděláme si na úporné střevní potíže. Pak hledáme pomoc v rekolonizaci organismu „hodnými“ bakteriemi z kysaných mléčných výrobků nebo speciálně připravených léčebných kultur, tzv. probiotik. Vědci dnes zkoumají možnosti, jak vyspravit mikrobiom také rostlinám, a zajistit jim tak zdraví a prosperitu. Hodné bakterie by mohly pohánět zemědělské plodiny k lepšímu růstu nebo vyšší odolnosti vůči škůdcům, nákazám, mrazu či suchu.

Mikrobi ve službách rostlin

Podobně jako přichází novorozenec na svět s vydatnou porcí bakterií, které mu dala do vínku jeho matka, přináší si semeno životně důležité mikroby z mateřské rostliny. Vzklíčené semínko si osazuje „zděděnými“ bakteriemi kořenový systém a další mikroorganismy k němu přicházejí z okolí. Rostlina si mezi nimi vybírá takové, které jí svědčí, a sama jim vytváří příhodné podmínky. Vylučuje třeba z kořenů do půdy látky, jimiž naláká bakterie pro ni výhodných druhů. Vzájemně na sebe působí i různí mikrobi a formují se na rostlině ve spolupracující společenství. Rostlina jim v tom pomáhá, první bakteriální „podnájemníci“ ji například přimějí, aby začala vylučovat z kořenů nové typy molekul, a poslala tak „pozvánku“ dalším druhům bakterií. Takto vzniklé mikrobiální „bratrstvo“ pak rostlině zajistí komplexní servis.

Někteří mikrobi se vzájemně doplňují, či dokonce podporují, jiní si konkurují nebo spolu bojují. Výjimkou nejsou ani bakterie vylučující do okolí látky, jejichž prostřednictvím hubí své nepřátele. Vítězství „hodného“ mikroba může rostlinu zachránit před zkázou: například v kořenech obiloviny kalužnice křivoklasé pěstované v Indii a Nepálu zápolí bakterie z rodu Enterobacter s houbou giberelou růžovou vyvolávající ničivé onemocnění mnoha zemědělských plodin. Pokud stihnou „hodné“ bakterie včas potáhnout kořínky tenkou slupkou tzv. biofilmu, jsou kořeny vůči houbě obrněné a nákaza nehrozí. Když Enterobacter selže, kalužnice houbě podlehne.

Řada původců rostlinných chorob si usnadňuje ovládnutí své oběti tím, že naruší její obranné mechanismy. Rostlina s oslabenou imunitou je vydána choroboplodnému zárodku na pospas. Původci chorob mohou útočit i na obrannou linii tvořenou rostlinným mikrobiomem. Člověk jim vpád do rostliny nejednou nechtěně usnadní tím, že ochranný mikrobiom naruší necitlivými zásahy do životního prostředí. Jasně to prokázal tým Frances Trailové z Michiganské státní univerzity při výzkumu obnovy porostů po ničivých požárech.

Zjistili totiž, že tam, kde padl plamenům za oběť vzrostlý les, začnou rychle klíčit dřevin některých druhů. Američtí vědci sledovali na spáleništích semenáčky topolu osikového a zjistili, že rostlinky mají nebezpečně jednotvárnou skladbu mikrobů na kořenech a na listech se jim častěji uchytí bakterie vyvolávající onemocnění. Požár tak neovlivnil jen skladbu mikrobů v půdě, ale navíc připravil semena o významnou část ochranného mikrobiálního „dědictví“ po rodičovských topolech.

Navíc platí, že rostliny a jejich mikrobiomy se vyvíjely v souhře po miliony roků, člověk ale některé zástupce pozemské flóry z těchto vazeb vytrhl. Třeba tím, že je domestikací proměnil k nepoznání. Planě rostoucího předka kukuřice například botanici původně považovali za rostlinu, která nemá s kukuřicí vyšlechtěnou středoamerickými indiány nic společného. Dnes se proto vědci vážně zaobírají podezřením, že mnohé problémy při pěstování zemědělských plodin vyplývají z faktu, že si člověkem pozměněné rostliny nedokážou udržet potřebnou armádu spolupracujících mikrobů. Ve prospěch této teorie svědčí i výsledky nedávných výzkumů týmu vedeného Maggie Wagnerovou z Kansaské univerzity.

Wagnerová prokázala, že mikrobiom přispívá k tzv. hybridizačnímu efektu. Ten dodává křížencům lepší růstové schopnosti a vyšší odolnost vůči nepříznivým vlivům, hybridy díky tomu hravě trumfnou své „čistokrevné“ rodičovské rostliny. Za podstatu hybridizačního efektu vědci dlouho považovali pestřejší kombinaci dědičných vloh kříženců, Wagnerová však zjistila, že hybridy kukuřice vděčí za intenzivnější růst také silně pozměněnému mikrobiomu.

Vědci byli přesvědčeni, že mikrobiom má na hybridy povzbudivé účinky, další experimenty ale tuto představu vážně nabouraly. Ukázalo se, že hybridy nejsou poháněny bakteriemi ke zvýšenému růstu, ale že „čistokrevné“ nekřížené rostliny jejich mikrobiom v růstu brzdí. Zatím není úplně jasné, jak to bakterie dělají. Snad tu vstupuje do hry jakási obdoba alergické reakce, když „čistokrevné“ rostliny přehnaně reagují na neškodné mikroby v půdě, a jsou tak vystaveny nadměrné zátěži; možná jsou na tom „čistokrevné“ rostliny hůře po zdravotní stránce, protože jejich mikrobiom nevytváří dostatečně účinné bariéry proti vpádu choroboplodných mikroorganismů.

Příliš moderní vývoj

Nabízí se tu analogie s neblahým vlivem „domestikace“ mikrobiomu člověka. Po dlouhá tisíciletí se naši mikrobi přizpůsobovali organismu pravěkých lovců a sběračů. Dnes už žije tímto stylem jen posledních pár etnik. Patří k nim i tanzanští Hadzové, kteří mají v mnoha ohledech úplně jiný mikrobiom než obyvatelé ekonomicky vyspělých zemí. O některé bakterie typické pro Hadzy jsme užíváním vymožeností civilizace přišli, jiné jsme naopak získali navíc. Díky svému „divokému“ střevnímu mikrobiomu tak Hadzové netrpí potravinovými alergiemi či záněty trávicího traktu, kterých mezi obyvateli ekonomicky rozvinutých zemí valem přibývá. Domestikací zhýčkané rostliny na tom mohou být podobně jako člověk s mikrobiomem zdeformovaným moderním životním stylem.

Humánní i veterinární lékaři se snaží zažehnat celou řadu zdravotních potíží svých pacientů obnovou přirozeného mikrobiomu. Sázejí přitom na speciální bakteriální kultury čili probiotika nebo na tzv. prebiotika, což jsou látky, které svědčí „hodným“ bakteriím. Probiotika a prebiotika užívají nejen lidé se střevní mikroflórou zdevastovanou antibiotiky, ale také třeba churavějící prasata nebo včely. S tím, jak víme o rostlinném mikrobiomu stále víc, se nabízí otázka, zda bychom mohli probiotiky a prebiotiky pomáhat také zemědělským plodinám nebo přirozeným porostům, které se vzpamatovávají z těžkých ran, jako jsou třeba již zmíněné následky rozsáhlých požárů nebo kůrovcová kalamita.

Výzkum z dobrých důvodů

Vědci zkoušejí využít jako prebiotika látky, které rostliny vylučují do půdy kořenovým systémem a které slouží jako „návnada“ pro žádoucí bakterie. Testují například kumariny, jež podporují na kořenech růst „hodných“ bakterií“, a zužují tak prostor pro „zlé“ bakterie vyvolávající choroby rostlin.

Napodobení vyvážené skladby přirozeného mikrobiomu rostlin pomocí probiotik je obtížné, vědci proto začínají s jednoduššími probiotiky tvořenými jen několika málo mikroby. I s nimi už dosáhli zajímavých výsledků. Slunečnice chřadnoucí v zasolené půdě se podařilo povzbudit k lepšímu růstu pomocí kultury houby Claroideoglomus claroideum a bakterie Pseudomonas libanensis. Rostliny papriky zase snáze vzdorovaly ničivé plísni Phytophtora capsica, pokud byly vysazeny do půdy naočkované bakteriemi rodu Acinetobacter společně s bakteriemi Bacillus velezensis a Bacillus amyloliquefciens. Schopnost rostlin vytvořit prosperující společenstvo s prospěšnými bakteriemi je z významné části podmíněna dědičně. V budoucnu proto budou šlechtitelé usilovat o odrůdy, které budou k mikrobiomu přátelštější než dnešní plodiny, jejichž tvůrci o důležité roli mikrobiomu tolik nevěděli.

Výzkum mikrobiomů rostlin je zkrátka komplikovaná záležitost, postupuje však rychle vpřed, a to z pádného důvodu: před lidstvem totiž stojí naléhavý úkol zajistit dostatek potravy pro rostoucí počet obyvatel. Využití poznatků o rostlinném mikrobiomu při pěstování zemědělských plodin k naplnění tohoto cíle přispěje. Pomůže i při ochraně přírody nebo regeneraci oblastí, kde člověk stačil na vegetaci napáchat těžké škody.

LN, 4.9.2021

Autor je biolog



Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!






 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.