Potentiality of native Bacillus thuringiensis isolates against the destructive pest, Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera: Plutellidae)

في عالم الزراعة، لا يوجد عدد قليل من الآفات بقدر ما هو مثابرة وتدميراً مثل فراشة ظهر الماس (diamondback moth). هذه الحشرة الصغيرة، التي تتغذى مرحلتها اليرقية على الخضروات الصليبية مثل الكرنب والقرنبيط والبروكلي، أصبحت صداعاً عالمياً للمزارعين. تشتهر هذه الفراشة بقدرتها على البقاء على قيد الحياة أمام كل رذاذ كيميائي يُرش عليها تقريباً. فعلى مدى عقود من الاستخدام المكثف للمبيدات الحشرية، طورت الفراشة درعاً جينياً، مما جعل العديد من السموم الأكثر شيوعاً في العالم عديمة الفائدة. وعندما تفشل المواد الكيميائية، يلجأ المزارعون غالباً إلى البدائل البيولوجية، وتحديداً بكتيريا تعيش في التربة تسمى "باسيلوس ثورينجينسيس" (Bacillus thuringiensis). هذه البكتيريا هي مفترس طبيعي للعديد من اليرقات الحشرية؛ فهي تعمل عن طريق إنتاج بروتينات بلورية صغيرة تعمل مثل "المفاتيح البيولوجية". فعندما تأكل اليرقة الجائعة البكتيريا، تذوب هذه البلورات في أمعائها، مطلقة سموماً تثقب بطانة الجهاز الهضمي للحشرة، مما يؤدي إلى توقفها عن التغذية وموتها في النهاية. لسنوات، اعتمد المزارعون على سلالات محددة من هذه البكتيريا، لكن الفراشة بدأت تدرك ذلك؛ فتماماً كما تعلمت مقاومة الرش الكيميائي، بدأت مجموعات فراشة ظهر الماس في مقاومة السموم البكتيرية القياسية أيضاً، مما خلق حاجة ملحة لأسلحة بيولوجية جديدة وأكثر تنوعاً.

لقد سعى الباحثون في جامعة تاميل نادو الزراعية في الهند للعثور على هذه الأسلحة الجديدة من خلال البحث في مكان أقرب إلى المنزل. فبدلاً من الاعتماد على السلالات القليلة والمعروفة جيداً من البكتيريا المستخدمة في المنتجات التجارية، وجهوا اهتمامهم إلى التربة نفسها. قاموا بجمع ثمانية وخمسين سلالة مختلفة من البكتيريا المحلية من البيئات المحيطة، آملين أن تحمل هذه الميكروبات الأصلية أسراراً قد فقدتها السلالات المختبرية القياسية. عامل الفريق هذه العينات الثمانية والخمسين كأنها مكتبة ضخمة من الحلول المحتملة، حيث قاموا بفحصها لمعرفة أي منها يحمل المخططات الجينية لأكثر البروتينات فعالية في قتل الحشرات. كانوا يبحثون عن مزيج محدد من الجينات التي تنتج أنواعاً مختلفة من السموم، إيماناً منهم بأن وجود مزيج من استراتيجيات الهجوم المختلفة سيكون أصعب في المقاومة من جانب الفراشة مقارنة بنوع واحد.

بدأ التحقيق بفحص بصري للبكتيريا النامية في المختبر. لاحظ الباحثون أن السلالات المحلية لم تكن جميعها متشابهة؛ فقد شكلت مستعمرات ذات أشكال وقوام مختلف، مما يشير إلى وجود اختلافات جينية عميقة تحت السطح. ولرؤية الأسلحة الفعلية التي تحملها هذه البكتيريا، استخدم الفريق مجاهر قوية لفحص البلورات التي تنتجها العينات الأكثر واعدة. وقد وجدوا تنوعاً مذهلاً في الأشكال؛ فبعض البكتيريا أنتجت بلورات تبدو كهراميين متصلين بقواعدهما، بينما أنتج البعض الآخر هياكل مكعبة أو كروية. وفي عالم هذه البكتيريا، يعد الشكل دليلاً مباشداً على الوظيفة؛ فالبلورات التي تشبه الهرم عادة ما تحمل نوعاً واحداً من السموم، بينما تحمل الهياكل المكعبة نوعاً آخر. ووجد الباحثون أن العديد من سلالاتهم المحلية لم تقتصر على شكل واحد فقط، بل أنتجت مزيجاً، مما يشير إلى قدرتها على مهاجمة الآفة بطرق متعددة في وقت واحد.

ولتأكيد ما رأوه تحت المجهر، لجأ العلماء إلى علم الأحياء الجزيئي. قاموا باستخراج الحمض النووي (DNA) من البكتيريا واستخدموا تقنية "تفاعل البوليميراز المتسلسل" للبحث عن جينات محددة معروفة بإنتاج سموم قاتلة للحشرات. كانوا يبحثون عن جينات تشفر ثلاثة أنواع رئيسية من البروتينات: Cry1 وCry2 وVip3A. كانت النتائج مذهلة؛ فكل واحدة من العينات الاثنتي عشرة الأكثر واعدة كانت تحمل جين Cry1، وهو السم الأكثر شيوعاً. ومع ذلك، ذهب التنوع إلى أبعد من ذلك بكثير؛ حيث حملت عدة سلالات محلية أيضاً جين Cry2، وعدد أكبر منها حمل جين Vip3A. هذا الأخير مهم بشكل خاص لأنه ينتج سماً يعمل بطريقة مختلفة عن السموم الأخرى، مستهدفاً الحشرة بطريقة لا تستطيع السموم القياسية فعلها. والأهم من ذلك، وجد الباحثون أن بعض هذه السلالات المحلية تمتلك الأنواع الثلاثة من الجينات معاً. كان هذا التنوع الجيني تبايناً صارخاً مع التنوع المحدود الموجود في السلالات التجارية القياسية التي يستخدمها المزارعون اليوم.

انتقل الفريق بعد ذلك من منصة المختبر إلى الحشرة الحية لاختبار ما إذا كانت هذه المزايا الجينية تترجم إلى قوة في العالم الحقيقي. أخذوا اثنتي عشرة سلالة بكتيرية من أكثر السلالات واعدة وأطعموها ليرقات فراشة ظهر الماس في بيئة محكومة. وقاسوا كمية البروتين البكتيري المطلوبة لقتل نصف اليرقات، وهي طريقة قياسية لقياس قوة السم. أظهرت النتائج أن العديد من السلالات المحلية كانت قوية للغاية؛ حيث كانت ثلاث سلالات محددة، تم تحديدها بالرموز RM12 وT20B وT32، قاتلة تماماً مثل السلالة المرجعية المعيارية المستخدمة في المنتجات التجارية. في الواقع، تطلبت السلالة المحلية الأكثر فعالية جزءاً ضئيلاً جداً من الميكروغرام من البروتين لكل ميليلتر من الماء لتحقيق نفس النتيجة المميتة التي تحققها أفضل البكتيريا المعروفة تجارياً. وكانت السلالات المحلية الأخرى فعالة أيضاً، وإن كانت أقل قوة قليلاً، لكنها أظهرت جميعها قدرة واضحة على قتل الآفة المقاومة.

تخلص الدراسة إلى أن التربة تحتوي على خزان هائل وغير مستغل من التنوع البيولوجي الذي يمكن أن يكون المفتاح لإنقاذ المحاصيل الصليبية. لقد وجد الباحثون أن هذه البكتيريا المحلية ليست مجرد نسخ من تلك الموجودة بالفعل في الأسواق، بل هي فريدة جينياً، وتحمل مجموعة أوسع من جينات السموم وتنتج مزيجاً أكثر تنوعاً من أشكال البلورات. هذا التنوع هو الأصل الأكثر قيمة، لأنه يوفر هجوماً معقداً يصعب على فراشة ظهر الماس تطوير مقاومة ضده. وبينما أجريت الدراسة في مختبر وبيئة دفيئة (صوبة زجاجية)، فإن النتائج تشير إلى إمكانية تطوير هذه السلالات المحلية لتصبح مبيدات بيولوجية جديدة. ومن خلال استخدام مزيج من السموم المختلفة من هذه البكتيريا الأصلية، قد يتمكن المزارعون من التفوق على مقاومة الفراشة، مما يوفر مساراً مستداماً لزراعة الخضرووات في عالم تتلاشى فيه الخيارات الكيميائية بشكل متزايد. يسلط هذا العمل الضوء على أن الحل لأزمة زراعية حديثة قد لا يكمن في اختراع شيء جديد تماماً، بل في إعادة اكتشاف التنوع الطبيعي المعقد الموجود بالفعل في التربة تحت أقدامنا.