Growth-related, antifungal and metal-binding activities of Penicillium janthinellum Z1-1031

In de verborgen wereld onder de grond groeien planten niet alleen. Ze bestaan in een bruisende buurt van microscopisch leven, waar schimmels en bacteriën voortdurend interageren met wortelstelsels. Sommige van deze kleine buren zijn nuttig en fungeren als bewakers tegen ziekten of helpen de plant bij het absorberen van voedingsstoffen, terwijl anderen schadelijke indringers zijn die de wortels kunnen laten rotten en het gewas kunnen doden. Voor boeren en wetenschappers is het begrijpen van welke microscopische bondgenoten het waard zijn om uit te nodigen in deze ondergrondse gemeenschap een grote uitdaging. Dit geldt in het bijzonder voor de Panax notoginseng-plant, een zeer gewaardeerde geneeskrachtige kruid dat al eeuwenlang wordt gebruikt voor de behandeling van hart- en bloedcondities. De wortels ervan zitten vol met waardevolle verbindingen, maar de plant is berucht moeilijk te kweken omdat hij gemakkelijk wordt aangevallen door bodemgebonden ziekten en gevaarlijke zware metalen kan accumuleren uit verontreinigde aarde. Onderzoekers zoeken voortdurend naar natuurlijke manieren om deze planten te beschermen en hun kwaliteit te verbeteren zonder te vertrouwen op harde chemicaliën.

Een team wetenschappers van de Shenyang Pharmaceutical University richtte zich onlangs op een specifieke schimmel die ze eerder hadden aangetroffen levend op de wortels van gezonde Panax notoginseng-planten in China. Deze schimmel, geïdentificeerd als Penicillium janthinellum, was niet slechts een passieve bewoner; de onderzoekers wilden weten of het de plant actief kon helpen om te overleven en te gedijen. Ze zetten zich in om drie specifieke vermogens te testen: of de schimmel samen met de plant kon groeien zonder deze te schaden, of het stoffen produceerde die schadelijke schimmels konden doden, en of het kon interageren met giftige metalen in de bodem. Hun doel was om te zien of een enkele microscopische organisme als een multifunctionele partner voor de medicinale plant kon fungeren, door bescherming, groeiondersteuning en milieuruiming te bieden, alles tegelijkertijd.

De onderzoekers begonnen de schimmel in een laboratoriumsetting te kweken om te zien welke chemicaliën het produceerde. Ze ontdekten dat de schimmel een aanzienlijke hoeveelheid van een stof genaamd brefeldine A maakte. Wanneer ze deze gezuiverde chemische stof testten tegen Fusarium solani, een beruchte schimmel die wortelrot veroorzaakt bij Panax notoginseng, vonden ze dat het een krachtige remmer was. De chemische stof stopte de groei van de schadelijke schimmel, en hoe meer ze ervan toevoegden, hoe sterker het effect werd. De onderzoekers waren echter voorzichtig om te controleren of deze zelfde chemische stof niet ook de plant zou schaden die het juist moest helpen. Wanneer ze de uiteinden van de wortels van de plant blootstelden aan lage concentraties van de chemische stof, bleven de cellen gezond en was er geen significante schade aan hun buitenste membranen. Pas wanneer de concentratie tot zeer hoge niveaus werd verhoogd, begon de chemische stof de plantcellen te schaden. Dit suggereerde dat de chemische stof potentieel ziekten kon bestrijden zonder de gastheer te verwonden, mits de hoeveelheden laag bleven.

Om te zien hoe dit zich in een realistische setting zou afspelen, verplaatsten de wetenschappers hun experimenten naar een kas. Ze plantten Panax notoginseng in de grond en introduceerden de schimmel in het gebied rond de wortels. Ze volgden de schimmel in de loop van de tijd met behulp van een speciale lichtgevende tag, waardoor ze konden zien of deze nog steeds in leven was en aanwezig was in de bodem. De schimmel bleek een standvastige bewoner te zijn, die minstens 5el dag na introductie nog steeds detecteerbaar was in de bodem. Tijdens deze periode vonden de onderzoekers ook sporen van de beschermende chemische stof, brefeldine A, in de bodem, wat bevestigde dat de schimmel het rechtstreeks bij de plantenwortels produceerde waar de plant groeide.

De resultaten voor de planten zelf waren bemoedigend. De Panax notoginseng-planten die met de schimmel groeiden, overleefden vaker en groeiden groter dan die in de controlegroep. Na vier maanden hadden de met de schimmel behandelde planten een significant groter wortelgewicht, wat cruciaal is voor een medicinale afgod waarbij de wortels het waardevolle deel zijn. De onderzoekers maten ook de niveaus van antioxidatieve enzymen in de plantenwortels, die fungeren als een verdedigingssysteem tegen stress. Planten die met de schimmel werden behandeld, vertoonden veel hogere niveaus van deze beschermende enzymen, wat suggereert dat de schimmel de plant hielp gezond en veerkrachtig te blijven. Interessant genoeg veroorzaakte de schimmel ook een tijdelijke piek in de hoeveelheid van een specifieijke medicinale verbinding genaamd ginsenoside Rg1, hoewel dit effect in de loop van de tijd vervaagde.

Naast het helpen bij de groei van de plant, toonde de schimmel een verrassend vermogen om te interageren met zware metalen. In laboratoriumtests was de schimmel in staat om zich te binden aan giftige metalen zoals cadmium, koper, lood en arsenicum, waardoor ze effectief uit de vloeibare oplossing werden getrokken. Het had ook het vermogen om de chemische vorm van arsenicum te veranderen, door één type in een ander om te zetten. Wanneer de wetenschappers de schimmel toepasten op de kasgrond, waren de niveaus van deze metalen in de aarde lager dan in de onbehandelde grond na één en vier maanden. Dit suggereert dat de schimmel wellicht helpt om de hoeveelheid giftige metalen in de bodemomgeving te verminderen.

Ondanks deze veelbelovende bevindingen waren de onderzoekers voorzichtig om niet te beweren dat het probleem volledig was opgelost. Ze merkten op dat hoewel de schimmel een chemische stof produceerde die schadelijke schimmels doodde in een reageerbuis, ze niet bewezen dat het wortelrot in de werkelijke kasplanten stopte. Ze wezen er ook op dat het veranderen van de vorm van arsenicum niet noodzakelijkerwijs betekent dat het metaal minder gevaarlijk is, aangezien de nieuwe vorm soms meer toxisch of mobiel kan zijn. Bovendien benadrukten ze dat de veiligheid van de beschermende chemische stof voor menselijke consumptie nog niet volledig is getest. De studie identificeerde succesvol een schimmel met meerdere nuttige eigenschappen — groei bevorderen, antifungale chemicaliën produceren en interageren met metalen — maar het team concludeerde dat er meer onderzoek nodig is om de veiligheid en effectiviteit te bevestigen voordat het als een standaardinstrument voor de teelt van deze waardevolle medicinale plant kan worden gebruikt.