Magyarországon
11. Biopeszticidek és biotrágyák
A. radiobacter K84 törzs, az agrocin 84 bakteriocin termelője.
IPM technológiákban jól használhatók azok a hiperparazita gombák, amelyek a növénykórokozó gombák természetes ellenségei. Európában, Észak-Amerikában, Izraelben és a Távol-Keleten kereskedelmi forgalomban vannak az Ampelomyces quisqualist, a Coniothyrium minitanst, a Pythium oligandrumot, valamint Gliocladium- és Trichoderma-fajokat tartalmazó biopreparátumok. A Cry- phonectria parasitica hipovírust hordozó, ún. hipovirulens törzseit is sokhelyütt alkalmazzák Európában és Észak-Amerikában a gomba gesztenye kéregrákosodását okozó agresszív változatainak visszaszorítására.
Gyomnövények kórokozó gombákkal történő biológiai pusztítása ígéretes megoldást kínál arra, hogy a mezőgazdasági területen tenyésző, gyakran egzoti-kus vagy idegen eredetű fajok terjedését visszaszorítsuk. Az ilyen mikoherbicidek azonban csak akkor lehetnek valóban sikeresek, ha specifikusak a leküzdeni kívánt célszervezetre, és gazdanövénykörük szűk marad. A sikeres biológiai gyomirtás legszebb példái a selyemkóró (Asclepias spp.) és a papsajtmályva (Malva pusilla) visszaszorítása citrusültetvényekben és gyümölcsösökben. Mikoherbicid készítmé-nyek Európában és Észak-Amerikában is kaphatók, de használatukat megfelelően izolált gyümölcsösökre korlátozzák, hogy elkerüljék e növénykórokozó gombák egyéves kultúrákra való átterjedését.
A biotrágyák közül a nitrogén-biotrágyák (amelyek N-megkötő baktériumokat, például Azotobacter-, Azospirillum-, Rhizobium- and Shinorhizobium-törzseket tartalmaznak) nitrogénben gazdagítják a talajt, a foszfor-biotrágyák (mint a mikorrhiza gombák, főként Glomus-fajok, továbbá a Bacillus-nemzetségbe tartozó baktériumok) növelik a talaj P-tartalmát, a növekedésserkentő rhizobaktériumok (PGPR) pedig oly módon segítik a növények fejlődését, hogy mikroelemeket mobilizálnak, és kiszorítják a növénykórokozó mikrobákat a gyökérzónából.
Az Azotobacter- és Azospirillum-fajok szabadon élő, illetve asszociatív nitrogén-megkötő szervezetek, amelyeket széles körben alkalmaznak gabonafélékben, zöldségfélékben és dísznövénykultúrákban. Biotrágyákban általában szelektált vagy indukált mutációkkal feljavított mikrobatörzseket használnak, olyanokat, amelyeknek jobb a kompetitív képességük és/vagy rezisztensek kémiai növény-védő szerekkel szemben. A Rhizobium (Azorhizobium, Bradyrhizobium, Shino-rhizobium) fajok tartós szimbiózisban élnek pillangósvirágú növényekkel és ni-trogént kötnek az általuk indukált gyökérgümőkben.
GM (géntechnológiai úton módosított) mikrobák alkalmazása a biológiai növényvédelemben és növénytáplálásban
A biológiai készítményekről általában azt tartják, hogy biztonságosabbak, ezzel szemben hatásuk többnyire alulmúlja a kémiai szerekét, és kevésbé kiszámítható az aktivitásuk, ami gátolja a szélesebb körben való elterjedésüket. Az ilyen készít-mények hatékonyságának és kezelhetőségének javítására alkalmas eljárások egyike a géntechnológiai úton módosított (GM) mikrobák előállítása és használata.
A GM mikrobák olyan szervezetek, amelyekbe rekombináns DNS technológia segítségével vittek be eredeti vagy módosított géneket. A GM mikrobáknak olyan
tulajdonságaik és funkcióik is lehetnek, amelyek a természetes szülőikben nem alakulhattak volna ki.
Sok példa ismert GM mikrobákon alapuló biopeszticidek és biotrágyák kísér-letes körülmények között történt sikeres kipróbálására, kereskedelmi forgalomba azonban csak néhány ilyen preparátum került eddig.
A vad típusú baculovírusok nagyon lassan pusztítják el a lárvákat, emiatt nehéz-kes a gyakorlati alkalmazásuk. Vannak azonban olyan GM vírustörzsek, amelyekbe toxingén(eke)t építettek be; e gének terméke(i), miközben specifikusak a cél- rovar lárvájára, sokkal gyorsabban pusztítják el azokat. Ilyen transzgénes pre-parátumok (Hz NPV, Se NPV) kereskedelmi forgalomba is kerültek az USA-ban, ahol Heliothis- és Spodoptera-fajok lárvái ellen alkalmazzák ezeket gyapotban, szőlőben, zöldségfélékben és dísznövénykultúrákban. Skorpióból származó gé-nek beépítésével olyan hipervirulens gombákat állítottak elő, amelyek elpusztítot-ták az ilyen gombákat fogyasztó, kávécserjéket károsító rovarokat, ráadásul ezek a transzgénes gombák izoláltan tarthatók, nem kell számítani ellenőrizetlen terje-désükre.
Több, rekombináns DNS technikával módosított B. thüringiensis törzset regiszt-ráltak az USA-ban (CRYMAX™, Lepinox™, Raven™): ezek a GM törzsek vagy egy specifikus cry (inszekticidfehérjét kódoló) génkombinációt vagy módosított/
kiméra cry génkonstrukciókat tartalmaznak, s emiatt erősebb toxikus hatással vannak a célszervezetre. Helyspecifikus rekombinációval sikerült minden idegen DNS-elemet eltávolítani a rekombináns cry plazmidból, miután beépítették azt B. thüringiensis törzsekbe, amivel elérték, hogy ezek a GM mikrobák gyakorla-tilag nem transzgénes szervezetekké váltak. Egy másik megoldást is használtak a B. thüringiensis aktivitásának kiaknázására, amikor a Bt-toxin génjét Clavibacter xylibe vitték át, s ezzel a mikrobával védekeztek kukoricamoly ellen.
Az A. radiobacter K84 által termelt agrocin K84 rendkívül hatékony a kórokozó A. tumefaciens ellen. A bakteriocin termeléséért felelős gének azonban plazmi-don találhatók csakúgy, mint az agrocinrezisztenciát kódoló gének. Ez a plazmid természetes körülmények között átkerülhet A. tumefaciensbe, rezisztencia alakul ki, s ezzel elvész a biológiai védekezési eljárás hatékonysága. Ezt a problémát úgy oldották meg, hogy az átvitelért felelős tra régiót kiejtették a plazmidból: ez a GM készítmény, amelyet „No Gall” néven hoztak forgalomba, nem volt alkalmas arra, hogy az agriocinrezisztencia átkerüljön belőle a patogén törzsekbe. Foko-zott sejtfalbontó enzimaktivitást mutató és/vagy peszticidrezisztenciát hordozó Gliocladium és Trichoderma törzseket is előállítottak géntechnológiai úton, s Serratia marcescensből átvitt kitináz génnel fegyverezték fel az amúgy ártalmat-lan Pseudomonas fluorescens PGPR-baktériumot, amely így gombás megbetege-dések ellen biztosított védelmet a növényeknek.
A szilikát baktérium néven ismert Bacillus mucilaginosus többfunkciós bio-trágyaként használható, mivel oldhatatlan káliumot, foszfátot és egyéb elemeket képes mobilizálni. NKTS-3 néven előállítottak egy transzgénes törzset, amelybe egy fitáz expressziós kazettát építettek be; a GM törzs fokozott extracitoplazmás fitázaktivitást mutatott, képes volt szervetlen foszfátsók felszabadítására, és a gyökerek foszfátfelvételének a növelésére. A GM Rhizobium-törzsek több Hornok László és Posta Katalin
nitrogént kötnek, mert sikerült fokozni bennük a nifHDK nitrogenáz gén- klaszter expresszióját; Mexikóban engedélyezték ezeknek a törzseknek a szabad-földi kipróbálását. Géntechnológiai úton fokozták a R. leguminosarum kataláz aktivitását, ami azzal járt, hogy az ilyen GM törzsek által indukált gyökérgümők nitrogénmegkötő képessége 1,7-2,3-szeresre nőtt.
A GM mikrobák szabadföldi kibocsátásával kapcsolatos aggályok
A mikroorganizmusok nagy reprodukciós képessége, valamint a mikroba- populációkon belül megvalósuló különleges génáramlási lehetőségek miatt a GM mikrobákkal szemben még nagyobb bizalmatlanság tapasztalható a közvélemény- ben, mint amit a GM növényekkel vagy állatokkal szemben érzékelhetünk.
Minthogy a piac nehezen fogadja el a GM mikrobákat, a nagy biotechnológiai cégek kezdenek kivonulni erről a területről. Való igaz, a horizontális génátvitel közön- séges esemény a baktériumok világában, és ez a mechanizmus működik olyan baktériumnemzetségekben is, amelyekben növényi és állati/emberi kórokozók is találhatók. A fokozott rezisztenciával felruházott GM mikrobák ellenállób-bak azokkal a kompetitív szervezetekkel szemben, amelyek a vad típusú törzsek túlszaporodását megakadályozzák, így a GM törzsek, ha kikerülnek a szabadföldre, felboríthatják a természetes mikroflóra egyensúlyi állapotát. Továbbá, az anti- biotikum-rezisztenciát hordozó génkonstrukciók a váratlan és nemkívánatos gén-szökés veszélyét hordozzák. Másfelől viszont, az ellenőrizetlen génátvitel éppen géntechnológiai beavatkozással előzhető meg (fentebb említettünk egy ilyen beavatkozást az A. radiobacter esetében), és az antibiotikus rezisztenciát hor-dozó szekvenciák is inaktiválhatók a transzgénes szervezetekben (amint azt a B. thüringiensis GM törzsein meg is valósították). Az is igaz, hogy a fokozott mikrobaellenes hatású GM törzsek befolyással lehetnek nem célszervezeteknek számító mikroorganizmus-közösségekre, de ilyen vagy nagyobb változásokat más beavatkozások, mint a monokultúrás termesztés, a talajművelés vagy a növényvédőszer-kezelés is kiválthatnak.
A jogos aggályok ellenére a gyorsan fejlődő gazdaságú térségekben, így az Egyesült Államokban, Indiában vagy Kínában kevésbé vonakodnak GM-alapú biopeszticidek vagy biotrágyák alkalmazásától. Eltekintve az ilyen szervezetek gyakorlati alkalmazásától, a világ más részein is érdemes kutatómunkát folytatni ezekkel a mikroorganizmusokkal, hiszen a kísérletek során kifejlesztett módsze-reket, génkonstrukciókat, termékeket és technológiát az ipari mikrobiológia és a molekuláris növénynemesítés igen jól tudja hasznosítani.
További információ
Cummings, J. (2003): GM microbes invade North America. Science in ã
Society, 19: 39.
Garay-Munoz, C. és mtsai (2010): Mode of action of
ã Bacillus thüringiensis
– genetically modified Cry1AbMod and Cry1AcMod toxins: role of alkaline pH in toxin oligomerization. Southwestern Entomologist, 35: 383–386.
Hirsch, P. E. (2005): Release of transgenic bacterial inoculants – rhizobia as ã
a case study. Plant and Soil, 266: 1–10.
Hunter, P. (2009): Fight fire with fire. Can biopesticides fill the void left by ã
banning chemical pesticides and herbicides. EMBO Reports, 10: 433–436.
Thomas, M. B. and Read, A. F. (2007): Fungal bioinsecticide with a sting.
ã
Nature Biotechnology, 25: 1367–1368.
Hornok László és Posta Katalin