The insecticidal potential of Bacillus cereus group strains from insect-dense regions of the United Kingdom

Boeren vertrouwen al heel lang op een natuurlijke bondgenoot om hun gewassen te beschermen: een in de bodem levende bacterie die eiwitten produceert die giftig zijn voor insecten maar onschadelijk voor mensen. Deze microscopische krijger, bekend als Bacillus thuringiensis, wordt al decennia lang over velden gesproeid en in zaden verwerkt, en dient als het belangrijkste biologische bestrijdingsmiddel ter wereld. Echter, net zoals insecten evolueren om te overleven tegen chemische sprays, leren ze nu ook om zich te verzetten tegen deze natuurlijke verdedigingsmechanismen. Naarmate de plagen zich aanpassen, worden de oude middelen minder effectief, wat een dringende behoefte creëert aan nieuwe bronnen van insectenbestrijdende kracht. Wetenschappers wenden zich opnieuw tot de natuur en zoeken naar verse stammen van bacteriën in het wild die de sleutels tot de volgende generatie gewasbescherming kunnen bevatten.

In een recente studie zetten onderzoekers zich in om dit potentieel te verkennen door te kijken naar plaatsen waar insecten in grote aantallen leven. Ze reisden naar drie specifieke locaties in het Verenigd Koninkrijk, waaronder een bos met zware aantastingen door kevers, een agrarisch onderzoeksstation en kustheidenen vol motrupsen. Uit de bodem, bladeren en zelfs de lichamen van dode insecten die op deze locaties werden gevonden, verzamelde het team dertien nieuwe stammen van de Bacillus cereus-groep, de familie van bacteriën waartoe de beroemde plaagbestrijder behoort. Met behulp van geavanceerde genetische sequencing brachten ze de volledige DNA-code van elke stam in kaart om te zien welke wapens ze droegen. Het doel was om te bepalen of deze wilde bacteriën over dezelfde insectenbestrijdende genen beschikten als de commerciële varianten, of dat ze iets geheel nieuws vasthielden.

Het onderzoek onthulde een rijke diversiteit aan bacteriën, veel gevarieerder dan een enkel type plaagbestrijder. De dertien stammen behoorden tot verschillende genetische families en droegen verschillende sets instructies. Vijf van deze stammen bleken specifiek de genen te bezitten die de kristaleiwitten produceren, de zeer specifieke toxines die Bacillus thuringiensis effectief maken tegen insecten. Deze genen waren niet willekeurig; ze leken overeen te komen met de lokale insectenpopulaties. Zo droegen de stammen die in de kustgebieden werden gevonden, waar wintermotten overvloedig aanwezig zijn, genen die bekend staan om het gericht aanpakken van motachtige insecten. De stammen uit het bos, waar kevers algemeen voorkwamen, droegen een bredere mix van toxines, inclusen die effectief zijn tegen kevers. Dit suggereert dat de bacteriën van nature zijn afgestemd op de specifieke plagen in hun directe omgeving, evoluerend om de lokale bedreigingen te bestrijden.

Naast de bekende toxines zochten de onderzoekers naar iets meer ongrijpbaars: de genetische blauwdrukken voor secundaire metabolieten. Dit zijn complexe chemische verbindingen die bacteriën produceren om te helpen overleven en te concurreren, vaak werkend als antibiotica of aanvullende gifstoffen. Het team scande de genomen op clusters van genen die verantwoordelijk zijn voor het maken van deze stoffen. Ze vonden in totaal 274 van dergelijke genclusters in de dertien stammen. Wat het meest opvallend was, was dat de overgrote meerderheid van deze clusters — meer dan 60 procent — niet overeenkwam met een bekende chemische fabriek in de wetenschappelijke database. Ze waren geheel nieuw. Dit geeft aan dat deze wilde bacteriën in staat zijn om een breed scala aan unieke chemicaliën te produceren die wetenschappers nog nooit eerder hebben gezien, wat een enorme, onontgonnen bron van potentiële nieuwe insecticiden biedt.

Een van de meest intrigerende bevindingen kwam van een stam die geïsoleerd was uit een dode rups. In tegen tegenstelling tot de anderen droeg deze bacterie niet de standaard kristaleiwitgenen. In plaats daarvan zat hij vol met de eerder genoemde nieuwe genclusters. Dit roept een fascinerende mogelijkheid op: het insect werd misschien niet gedood door de bekende kristaleiwitten, maar door een van deze onbekende chemische wapens. Als dit waar is, betekent dit dat de "bedriegers" van de bacteriële wereld — stammen die de gebruikelijke kristaleiwitten niet produceren maar misschien vertrouwen op andere, meer potente chemische aanvallen — net zo gevaarlijk voor plagen kunnen zijn als de bekende moordenaars.

De studie vergeleken deze nieuwe wilde stammen ook met de commerciële bacteriën die momenteel door boeren worden gebruikt. Verschillende van de nieuwe stammen waren genetisch bijna identiek aan de commerciële varianten, wat suggereert dat de krachtige insectenbestrijdende lineages die in de natuur worden gevonden, dezelfde zijn als die voor de landbouw zijn gekweekt. Echter, de ontdekking van de unieke genclusters in de andere stammen suggereert dat de natuur nog steeds geheimen bevat die de commerciële landbouw nog niet heeft aangewend. Hoewel de onderzoekers waarschuwen dat er meer werk nodig is om precies te bevestigen wat deze nieuwe chemicaliën doen en of ze veilig kunnen worden gebruikt, biedt de studie een duidelijke weg vooruit. Door in de juiste plekken te kijken — specifiek in omgevingen waar insecten floreren — kunnen wetenschappers bacteriën vinden die niet alleen dezelfde strijd leveren als onze gewassen, maar ook bewapend zijn met wapens die we nog niet hebben ontdekt.