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

Nel mondo dell'agricoltura, pochi parassiti sono così persistenti o dannosi come la tignola del cavolo. Questo piccolo insetto, la cui fase larvale si nutre di verdure crucifere come cavolo, cavolfiore e broccoli, è diventato un mal di testa globale per gli agricoltori. La tignola è nota per la sua capacità di sopravvivere a quasi ogni spray chimico che le viene lanciato contro. Nel corso di decenni di uso intensivo di insetticidi, la tignola ha sviluppato un'armatura genetica, rendendo inutili molti dei veleni più comuni al mondo. Quando i prodotti chimici falliscono, gli agricoltori si rivolgono spesso ad alternative biologiche, specificamente a un batterio che vive nel suolo chiamato Bacillus thuringiensis. Questo batterio è un predatore naturale di molte larve di insetti. Funziona producendo minuscole proteine cristalline che agiscono come chiavi biologiche. Quando una bruco affamata mangia i batteri, questi cristalli si sciolgono nel suo intestino, rilasciando tossine che squarciano il rivestimento digestivo dell'insetto, causandone l'interruzione dell'alimentazione e la morte finale. Per anni, gli agricoltori si sono affidati a ceppi specifici di questo batterio, ma la tignola si sta adattando. Proprio come ha imparato a resistere agli spray chimici, le popolazioni della tignola del cavolo stanno iniziando a resistere anche alle standard tossine batteriche, creando un bisogno urgente di nuove, più diverse armi biologiche.

I ricercatori dell'Università Agricola del Tamil Nadu, in India, si sono messi alla ricerca di queste nuove armi guardando più vicino a casa. Invece di affidarsi ai pochi e ben noti ceppi di batteri utilizzati nei prodotti commerciali, hanno rivolto la loro attenzione al suolo stesso. Hanno raccolto cinquantotto diversi ceppi nativi di Bacillus thuringiensis da ambienti locali, sperando che questi microbi autoctoni potessero custodire segreti che i comuni ceppi da laboratorio avevano perduto. Il team ha trattato questi cinquantotto campioni come una vasta biblioteca di potenziali soluzioni, esaminandoli per vedere quali portassero le impronte genetiche delle proteine più efficaci nel uccidere gli insetti. Cercavano una combinazione specifica di geni che producono diversi tipi di tossine, credendo che un mix di diverse strategie d'attacco sarebbe stato più difficile da contrastare per la tignola rispetto a un singolo tipo.

L'indagine è iniziata con un'ispezione visiva dei batteri in crescita in laboratorio. I ricercatori hanno osservato che i ceppi nativi non erano tutti uguali; formavano colonie con forme e consistenze diverse, suggerendo profonde differenze genetiche sotto la superficie. Per vedere le vere armi che questi batteri portavano con sé, il team ha utilizzato potenti microscopi per esaminare i cristalli prodotti dai candidati più promettenti. Hanno trovato una varietà affascinante di forme. Alcuni batteri producevano cristalli che sembravano due piramidi unite alla base, mentre altri creavano strutture cubiche o sfere tonde. Nel mondo di questi batteri, la forma è un indizio diretto della funzione. I cristalli a forma di piramide trasportano tipicamente un tipo di tossina, mentre quelli a forma di cubo ne trasportano un altro. I ricercatori hanno scoperto che molti dei loro ceppi nativi non erano limitati a una sola forma; producevano un mix, suggerendo che potevano attaccare il parassita in più modi simultaneamente.

Per confermare ciò che vedevano al microscopio, gli scienziati si sono rivolti alla biologia molecolare. Hanno estratto il DNA dai batteri e hanno utilizzato una tecnica chiamata reazione a catena della polimerasi per cercare geni specifici noti per produrre tossine insetticide. Cercavano geni che codificano per tre tipi principali di proteine: Cry1, Cry2 e Vip3A. I risultati sono stati sorprendenti. Ogni singolo uno dei dodici isolati più promettenti possedeva il gene per Cry1, la tossina più comune. Tuttavia, la diversità andava molto oltre. Diversi di questi ceppi nativi possedevano anche il gene per Cry2, e un numero ancora maggiore possedeva il gene per Vip3A. Quest'ultimo gene è particolarmente importante perché produce una tossina che funziona diversamente dalle altre, prendendo di mira l'insetto in un modo in cui le tossine standard non fanno. Fondamentalmente, i ricercatori hanno scoperto che alcuni dei loro ceppi nativi possedevano tutti e tre i tipi di geni contemporaneamente. Questa diversità genetica era un netto contrasto con la varietà limitata presente nei ceppi commerciali standard utilizzati oggi dagli agricoltori.

Il team si è poi spostato dal banco di laboratorio all'insetto vivente per testare se questi vantaggi genetici si traducessero in potere nel mondo reale. Hanno preso i dodici ceppi batterici più promettenti e li hanno somministrati a larve di tignola del cavolo in un ambiente controllato. Hanno misurato quanta proteina batterica fosse necessaria per uccidere la metà delle larve, un modo standard per valutare la forza di un veleno. I risultati hanno mostrato che diversi dei ceppi nativi erano incredibilmente potenti. Tre ceppi specifici, identificati dai codici RM12, T20B e T32, erano letali quanto il ceppo di riferimento "gold-standard" utilizzato nei prodotti commerciali. In effetti, il ceppo nativo più efficace richiedeva solo una minuscola frazione di un microgrammo di proteina per millilitro d'acqua per ottenere lo stesso risultato letale dei migliori batteri conosciuti. Anche gli altri ceppi nativi erano efficaci, sebbene leggermente meno potenti, ma tutti dimostravano una chiara capacità di uccidere il parassita resistente.

Lo studio conclude che il suolo contiene un vasto, inesauribile serbatoio di diversità biologica che potrebbe essere la chiave per salvare le colture di crucifere. I ricercatori hanno scoperto che questi batteri nativi non sono solo copie di quelli già presenti sul mercato; sono geneticamente unici, portando una gamma più ampia di geni tossici e producendo un mix più variegato di forme di cristalli. Questa diversità è l'asset più prezioso, poiché offre un attacco complesso che è molto più difficile da contrastare per l'evoluzione della resistenza della tignola. Sebbene lo studio sia stato condotto in un ambiente di laboratorio e in serra, i risultati suggeriscono che questi ceppi nativi potrebbero essere sviluppati in nuovi biopesticidi. Utilizzando una miscela di diverse tossine provenienti da questi batteri autoctoni, gli agricoltori potrebbero essere in grado di superare la resistenza della tignola, offrendo un percorso sostenibile per la coltivazione di ortaggi in un mondo in cui le opzioni chimiche stanno fallendo sempre più spesso. Il lavoro evidenzia che la soluzione a una crisi agricola moderna potrebbe non risiedere nell'inventare qualcosa di completamente nuovo, ma nel riscoprire la complessa, naturale varietà che già esiste nel suolo sotto i nostri piedi.