Sunday, 27 September 2009

Βιομυστήριο

Nichole Broderick θεωρούσε ότι γνώριζε τον τρόπο δράσης της τοξίνης Bt. Σε τελική ανάλυση, ο εν λόγω τοξικός κρύσταλλος που παράγεται από το βακτήριο Bacillus thuringiensis είναι γνωστός από το 1911 τουλάχιστον, βρίσκει δε ευρεία εφαρμογή ως βιολογικό εντομοκτόνο από τη δεκαετία τού 1950. Μάλιστα, οι επιστήμονες έχουν τροποποιήσει μέσω γενετικής μηχανικής και διάφορα είδη αγρωστωδών προκειμένου τα ίδια τα καλλιεργούμενα φυτά να παράγουν το εν λόγω παρασιτοκτόνο. Σύμφωνα με το αποδεκτό μοντέλο, η τοξίνη Bt διατρυπά το έντερο του παρασιτικού εντόμου, και μέσω των διανοιγόμενων πόρων το βακτήριο είτε μολύνει την αιμολέμφο (το αίμα του επιβλαβούς εντόμου) είτε του προκαλεί αναστολή λήψεως τροφής (αντιτροφική ενέργεια).

Έτσι, όταν η μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν στο Μάντισον χορήγησε το παρασιτοκτόνο σε προνύμφες του μελαμψού σκώρου (Lymantria dispar) οι οποίες είχαν απαλλαγεί από τη συμβιωτική μικροχλωρίδα του εντέρου τους μέσω αντιβιοτικών, προσδοκούσε ακόμη μεγαλύτερη θανατηφόρο δράση. «Καταρχάς ήλεγχα την υπόθεση ότι τα εντεροβακτηρίδια πράγματι εξασφάλιζαν στο σκώρο προστασία από την Bt», ανακαλεί στη μνήμη της. «Διαπίστωσα, λοιπόν, ότι άπαξ και [οι προνύμφες] δεν διέθεταν την εντερική μικροχλωρίδα τους, η Bt δεν ήταν πλέον σε θέση να εκδηλώσει τη θανατηφόρο δράση της.»

Εντούτοις, το ότι η Bt θα μπορούσε να μην αποτελεί αυτή καθεαυτήν εντομοκτόνο θα σήμαινε ανατροπή τής εδώ και έναν αιώνα ορθής και αποδεκτής άποψης. Οπότε, η Broderick επανέλαβε τα πειράματά της πολλές φορές και κατέφυγε στις συμβουλές δύο ειδικών, επίσης στο Μάντισον, του Jo Handlesman, ο οποίος ασχολείται με την οικολογία των μικροοργανισμών, και του εντομολόγου Ken Raffa. Αλλά και οι εν λόγω ερευνητές έφταναν στο ίδιο αποτέλεσμα κατόπιν πολλαπλών πειραματικών επαναλήψεων με πολλά έντομα: η τοξίνη Bt επεδείκνυε άριστη δράση όταν στoν πεπτικό σωλήνα των μελαμψών σκώρων φιλοξενούνταν το σύνηθες σύνολο βακτηρίων.

Κατά τις περασμένες δεκαετίες, οι μελέτες οι σχετικές με την Bt εστιάζονταν μόνο στα πρώτα βήματα της δράσης της τοξίνης. «Πραγματικά, κανείς δεν εστίασε την προσοχή του στο τι συμβαίνει αφού η τοξίνη διανοίξει πόρους και επέλθει ο θάνατος των κυττάρων», σχολιάζει ο εντομολόγος Juan Jurat-Fuentes, του Πανεπιστημίου τού Τενεσί στο Νόξβιλ. «Μήπως τα έντομα συνέρχονται; Μήπως αναλαμβάνουν τα άλλα βακτήρια;» Οι ερευνητές στο Μάντισον διαπίστωσαν ότι, με την επανεισαγωγή των εντεροβακτηριδίων ένα-ένα τη φορά, το στέλεχος ΝΑΒ3 τού Enterobacter επανέφερε τη φονική ισχύ τής Bt· από τους ελέγχους δε που επακολούθησαν αποδείχθηκε ότι το τελευταίο βακτήριο αναπτυσσόταν στην αιμολέμφο, ενώ το Bacillus thuringiensis πέθαινε σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, εξίσου δραστικό ως προς τη θανάτωση των προνυμφών αποδείχθηκε και το γενετικά τροποποιημένο για να παράγει κρυστάλλους τής Bt Escherichia coli, αν και κάτι τέτοιο δεν παρατηρούνταν όταν ο βακτηριακός ξενιστής ήταν νεκρός αλλά εξακολουθούσε να φέρει την τοξίνη.

Βάσει αυτών των αποτελεσμάτων μπορεί να εξηγηθεί η μεταβλητή αποτελεσματικότητα που παρατηρείται συχνά με την Bt· παραδείγματος χάριν, οι μελαμψοί σκώροι που παρασιτούν στην ιτιά παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στην τοξίνη, παρατηρεί ο Raffa. Ορισμένοι είχαν υποστηρίξει ότι οι τανίνες της ιτιάς ίσως να προσδένονται στην πρωτεΐνη Bt, γεγονός που οδηγεί στην εξάλειψη της δράσης της· αλλά με τα τελευταία δεδομένα ο Raffa αναρωτιέται μήπως άλλες ενώσεις από το δέντρο επηρεάζουν το Enterobacter, το οποίο ενδέχεται να είναι ο πραγματικός δολοφόνος. «Η αναθεώρηση της ερμηνείας ορισμένων από εκείνα τα πρώτα ευρήματα έχει σημασία», υποστηρίζει ο ίδιος. Θα μπορούσε επίσης να εξηγηθεί και το μυστήριο σχετικά με το παράσιτο του καλαμποκιού Spodoptera frugiperda, του οποίου το έντερο αναπτύσσει πόρους όταν εκτεθεί στην Bt, αλλά δεν επέρχεται θάνατος. «Οι επιστήμονες δυσκολεύτηκαν πολύ να εξηγήσουν πώς αυτή η τοξίνη προσδένεται και διανοίγει πόρους αλλά δεν φονεύει τα έντομα», λέει ο Jurat-Fuentes.

Επίσης, το B. thuringiensis κρύβει μάλλον μυστήριο: δεν είναι σαφές για ποιο λόγο το βακτήριο δαπανά τόσο πολλή ενέργεια για την παραγωγή των κρυστάλλων, όταν κάτι τέτοιο δεν προσδίδει κάποιο ευδιάκριτο όφελος στον μικροοργανισμό. Μάλιστα, ύστερα από μία δεκαετία ευρείας χρήσης τής Bt στα διαγονιδιακά αγρωστώδη ―παγκοσμίως, τουλάχιστον 1,3 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα καλλιεργούμενων εκτάσεων καλύπτονται με διαγονιδιακά φυτά τα οποία παράγουν τη δική τους τοξίνη Bt―, σχεδόν κανένα από τα στοχευόμενα έντομα δεν έχει επιδείξει ανοσία, σε αντίθεση με ό,τι ισχύει για άλλα παρασιτοκτόνα. «Υπάρχει, βέβαια, μόνο ένα έντομο, ο σκώρος Plutella xylostella, ο οποίος έχει αναπτύξει ανθεκτικότητα», παρατηρεί ο εντομολόγος Bruce Tabashnik, του Πανεπιστημίου της Αριζόνας.

Μολονότι από τη μελέτη των ερευνητών στο Ουισκόνσιν προκύπτει το συμπέρασμα ότι η Bt δρα συνεργατικά με τα εντεροβακτηρίδια ώστε να προκαλείται ενδεχομένως σηψαιμία, ο ακριβής μηχανισμός θανάτωσης παραμένει ακόμη άγνωστος. Ως εκ τούτου, από τη διαλεύκανση του εν λόγω μηχανισμού θα μπορούσαν να προκύψουν διάφοροι τρόποι για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της τοξίνης ή για να αποτρέπεται η ανθεκτικότητα στην Bt. Με την έρευνα αυτή, τουλάχιστον, τα παράσιτα των αγρωστωδών αποτιμώνται εκ νέου. «Συνεχώς και περισσότερο διαπιστώνουμε ότι δεν μπορούμε πλέον να αντιμετωπίζουμε το παρασιτικό έντομο μεμονωμένα», παρατηρεί ο Tabashnik. «Οφείλεις να εξετάζεις και το σύνολο των συμβιοτικών οργανισμών που φιλοξενούνται στον ξενιστή, καθώς και τον τρόπο αλληλεπίδρασης αυτών με το περιβάλλον του τελευταίου.»
Scientific American

No comments: