Maak kennis met de bacteriën die olijfboomgaarden en wijngaarden verwoesten

Samenvatting

Xylella fastidiosa is een bacterie die plantenziekten veroorzaakt, waaronder het Olive Quick Decline Syndrome (OQDS), met een jaarlijkse economische impact van meer dan € 5.5 miljard. De bacterie kan zich via het xyleem door planten verspreiden, wat leidt tot waterstress en tekorten aan elementen, wat ziektesymptomen veroorzaakt. Pogingen om de ziekte te bestrijden richten zich op preventie, beheersing en onderzoek naar behandelmethoden.

Een van de Europese Unie's top 20 prioritaire plantenziekten, Xylella fastidiosa is een bacterie die verschillende plantenziekten veroorzaakt. 

De ziekte veroorzaakt het dodelijke Olive Quick Decline Syndrome (OQDS), dat de afgelopen 15 jaar tot wijdverbreide uitbraken in Europa heeft geleid en naar schatting een jaarlijkse economische impact van meer dan € 5.5 miljard heeft.

De oorsprong van de bacterie in Europa en wereldwijd

Xylella fastidiosa is een van de twee bekende soorten Xylella; de andere is Xylella taiwanensis, die bladverbranding bij Aziatische peren op het eiland Taiwan veroorzaakt.

X. fastidiosa is een aerobe, gramnegatieve bacterie die groeit in het watertransportweefsel van planten (xyleem). Het is bekend dat deze bacterie wereldwijd een groot aantal plantenziekten veroorzaakt. 

De bacteriën kunnen zich via het xyleem vrij door planten verplaatsen en zich daarbij voortdurend vermenigvuldigen. 

Zodra hun aantal een kritiek niveau bereikt, blokkeert de biofilm die hierdoor ontstaat het xyleem. Dit leidt tot waterstress en tekorten aan elementen zoals zink en ijzer. Deze veroorzaken veel van de symptomen die geassocieerd worden met de ziekten waaraan de ziekteverwekker gelinkt wordt.

De eerste meldingen van een dergelijke ziekte dateren uit 1892, toen een onbekende plaag ongeveer 14,000 hectare (34,600 acres) aan wijngaarden in Californië verwoestte. 

In deze ​"De ziekte van Anaheim werd later de ziekte van Pierce genoemd, naar Newton Pierce, de bacterioloog die werd ingeschakeld om de uitbraak te onderzoeken. 

Pierce vermoedde terecht dat een microscopisch kleine infectieuze agens de ziekte veroorzaakte, al kon hij de specifieke agens niet isoleren of identificeren.

Aangenomen dat het een virus is gedurende het grootste deel van de 20^th Pas in 1973 werd X. Fastidiosa als bacterie erkend. Pas in 1987 werd de bacterie door Wells et al. formeel beschreven en Xylella fastidiosa genoemd. 

Sindsdien zijn 696 plantensoorten uit 88 botanische families geïdentificeerd als geschikte gastheren voor de ziekteverwekker.

Tot de ziekten waarvan bekend is dat ze door Xylella worden veroorzaakt, behoren er verschillende die van groot belang zijn voor de landbouw en de economie. Hieronder vallen onder meer de eerder genoemde ziekte van Pierce, die momenteel jaarlijks naar schatting $ 104 (€ 92) miljoen aan verliezen veroorzaakt in de Californische wijnindustrie, olijfbladverbranding en OQDS.

OQDS veroorzaakt verwelking en uitdroging van olijfbladeren, twijgen en takken, waardoor de bomen geen vruchten meer kunnen dragen en de boom uiteindelijk instort en sterft.

Volgens de meest negatieve voorspellende modellen kunnen de totale economische verliezen alleen al in Italië oplopen tot € 5.6 miljard tegen 2070. Daarnaast zijn er naar schatting al 100,000 banen verloren gegaan door uitbraken in het land.

Vanwege zijn vernietigende effecten en zijn vermogen om zich snel aan te passen aan nieuwe omgevingen en gastheren, is Xylella fastidiosa in de EU gereguleerd als quarantaine-organisme. De introductie en verplaatsing ervan in het grondgebied van de EU is wettelijk verboden.

Hoe Xylella zich verspreidt en waar het momenteel wordt aangetroffen

Xylella fastidiosa komt oorspronkelijk uit Midden-Amerika en wordt tussen waardplanten overgedragen door houtvatenetende insecten uit de families Cicadellidae (bladspringers) en Cercopidae (schuim- en schuimcicade). 

Dergelijke insecten kunnen slechts rudimentair over korte afstanden vliegen (ongeveer 100 meter), maar er zijn gevallen bekend waarin ze veel grotere afstanden afleggen wanneer ze door de wind worden meegevoerd. Bacteriële overdracht vindt ook ondergronds plaats via worteltransplantaties.

Verspreiding over grote afstanden vindt meestal plaats via de verplaatsing van geïnfecteerde planten. Men denkt dat dit de manier is waarop de ziekteverwekker is verspreid. geïntroduceerd in Italië en andere Europese landen.

In oktober 2013 was Xylella fastidiosa gevonden die olijfbomen infecteert in de regio Puglia in Zuid-Italië. 

Dit was de eerste keer dat de bacterie binnen de Europese Unie werd gesignaleerd. De ziekte veroorzaakte een snelle daling van de opbrengsten in olijfgaarden en in april 2015 trof ze de hele provincie Lecce en andere delen van Puglia.

De ondersoort die in Italië betrokken is, is geïdentificeerd als X. fastidiosa subsp. pauca, een stam die een duidelijke voorkeur heeft voor olijfbomen en warme klimaten. Deze ondersoort is sindsdien opgenomen in de Agricultural Bioterrorism Protection Act in de Verenigde Staten vanwege zijn verwoestende potentieel.

Als reactie op de uitbraken in Italië organiseerde de Europese Autoriteit voor Voedselveiligheid (EFSA) in november 2015 een buitengewone wetenschappelijke workshop. 

Meer dan 100 wetenschappers van over de hele wereld woonden het evenement bij om de belangrijkste kennislacunes te identificeren en onderzoeksprioriteiten met betrekking tot de ziekteverwekker te bespreken. 

In dezelfde maand concludeerde de EFSA op basis van lopende experimenten in Puglia dat wijnstokken een mogelijke bron van Xylella in de regio vormden.

In oktober 2015 had de ziekteverwekker Provence-Alpes-Côte d'Azur op het Franse vasteland bereikt, waar werd vastgesteld dat de ondersoort X. fastidiosa subsp. multiplex de mirtebladige melkdistel had aangetast, een plantensoort die vanuit Zuid-Afrika was geïntroduceerd. 

Het jaar daarop werd de bacterie geïdentificeerd in Corsica en Duitsland. In 2017 werd het ontdekt op de Spaanse eilanden Mallorca en Ibiza, en later op het Spaanse vasteland.

Xylella is sindsdien aangetroffen in olijfbomen en andere waardplanten op het Iberisch Schiereiland, evenals in Libanon en Israël in het midden Oosten.

De rol van klimaatverandering bij de verspreiding van Xylella

Uitgebreid onderzoek wijst uit dat klimaatverandering vergroot het risico op uitbraken van plantenziekten, waarbij veranderingen in temperatuur en vochtigheid de belangrijkste veroorzakers zijn.

Naarmate de temperaturen wereldwijd stijgen, breidt het verspreidingsgebied van veel ziekteverwekkers zich uit. Hierdoor worden nieuwe regio's en plantensoorten blootgesteld aan ziekten die voorheen alleen in warmere klimaten voorkwamen. 

Hogere temperaturen bevorderen doorgaans de groei en verspreiding van schimmels en bacteriën, vooral in combinatie met een verhoogde luchtvochtigheid. 

Bovendien verlengen hogere minimumtemperaturen de seizoensgebonden actieve periode van organismen en vergroten ze hun vermogen om de winter te overleven en in de omgeving te blijven. Dit geldt niet alleen voor ziekteverwekkers, maar ook voor hun vectoren.

Hogere temperaturen zijn niet alleen gunstig voor veel ziekteverwekkers, ze kunnen ook de natuurlijke verdedigingsmechanismen van een plant verzwakken door processen als hitte en waterstress. Hierdoor worden planten kwetsbaarder voor infecties en is de kans groter dat ze meer schade oplopen en een hogere sterftecijfers bereiken.

Specifiek met betrekking tot Xylella fastidiosa analyseerde een recent klimaatgedreven epidemiologisch model de kwetsbaarheid van Europese gebieden voor de ziekte in verschillende klimaatveranderingsscenario's door de klimatologische omstandigheden te beoordelen die gunstig zijn voor zowel de ziekteverwekker als de primaire vector, Philaenus spumarius, ook bekend als de weidekikker of weideschuimwants. Dit insect is eerder geïdentificeerd als de vector die verantwoordelijk is voor de verspreiding van de bacterie in Italiaanse olijfgaarden.

Uit het onderzoek blijkt dat een stijging van de gemiddelde wereldtemperatuur met 1.5 °C het percentage van het totale bedreigde landoppervlak in Europa doet stijgen naar 0.32 procent, terwijl een stijging van 4 °C het oppervlak doet stijgen naar 1.87 procent. 

Binnen het geanalyseerde temperatuurstijgingsbereik werd een omslagpunt van 3 °C vastgesteld. Boven deze drempelwaarde ontdekten de onderzoekers dat het risico dat de ziekteverwekker zich ten noorden van het Middellandse Zeegebied verspreidt, aanzienlijk hoger wordt, waardoor deze zich snel kan verspreiden naar voorheen onaangetaste gebieden.

De auteurs beweren ook dat vóór het midden van de jaren negentig de klimatologische omstandigheden in Europa, met uitzondering van die op de eilanden in de Middellandse Zee, er hoogstwaarschijnlijk voor zorgden dat de bacterie zich niet op het continent kon vestigen.

Pogingen om Xylella fastidiosa onder controle te houden

Omdat er geen bekend medicijn is tegen zieke planten, zijn de huidige bestrijdingsmaatregelen gericht op preventie en beheersing. 

De meest effectieve strategie die algemeen wordt gebruikt, vereist zowel het volledig verwijderen van geïnfecteerd plantenmateriaal, dat kan dienen als reservoir voor de bacterie, als het beheersen van de populatie insecten die vectoren vormen.

Naast de volledige verwijdering van plantenmateriaal waarvan bekend is dat het besmet is, beveelt de EFSA aan om een ​"“bufferzone” van ten minste 100 meter waaruit ook alle vatbare plantensoorten worden verwijderd en vernietigd.

Omdat de ziekteverwekker een virulente aard heeft, adviseren deskundigen om beschermende maatregelen te nemen bij het verwijderen en vervoeren van al het organische materiaal tijdens dit proces.

Het bestrijden van insecten is een vergelijkbaar proces. Daarbij is niet alleen het elimineren van de organismen zelf nodig, maar ook van hun leefgebieden. 

Dit is noodzakelijk vanwege het polyfage karakter en de levenscyclus met meerdere stadia van dergelijke insecten. Philaenus spumarius bijvoorbeeld, staat erom bekend zich te voeden met minstens 170 waardplanten en ontwikkelt zich na het uitkomen door vijf afzonderlijke stadia.

Behandeling en onderzoek voor Xylella fastidiosa

Combinaties van veranderingen in teeltmethoden, bacteriedodende behandelingen en interventies gericht op het verbeteren van de fysiologische toestand van de gastheer hebben veelbelovende effecten op de ontwikkeling van de ziekte aangetoond, zelfs tot het punt waarop de oogst kon worden hervat. Tot op heden is echter geen van deze methoden succesvol gebleken in het uitroeien van de ziekteverwekker in een geïnfecteerde plant.

Onderzoek naar behandelmethoden wordt ernstig belemmerd door de quarantainestatus van Xylella, met name binnen de EU. Andere EU-beperkingen omvatten het verbod op het gebruik van antibiotica voor gewasbescherming. Onderzoeksgebieden variëren daarom per geografische regio.

In de Verenigde Staten, waar het gebruik van antibiotica bij planten is toegestaan, is informatie beschikbaar uit proeven met antibiotica zoals oxytetracycline, tetracycline en streptomycine bij de bladbehandeling van de ziekte van Pierce en van micro-injectie met oxytetracycline bij de behandeling van door Xylella veroorzaakte bladverbranding bij de Amerikaanse iep. 

Hoewel dergelijke onderzoeken hebben aangetoond dat de symptomen afnamen, was geen enkel onderzoek succesvol in het elimineren van de infectie. De symptomen kwamen terug nadat de behandeling was gestopt.

Een belangrijk initiatief binnen Europa is de Biovexo-project, een innovatieactie voor de gezamenlijke ondernemingen op het gebied van biogebaseerde industrieën (BBI-JU), die in 2020 werd gelanceerd in het kader van het Horizon 2020-onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie.

Speciaal gericht op de bestrijding van Xylella in de olijventeelt ontwikkelt BIOVEXO twee hoofdcategorieën milieuvriendelijke biopesticiden: ​"X-biopesticiden, die zich rechtstreeks op de ziekteverwekker richten, en ​"V-biopesticiden, die gericht zijn op schuimbeestjes die als voornaamste transmissievector van de ziekteverwekker fungeren. 

De onderzochte componenten zijn bacteriestammen, een microbiële metaboliet, plantenextracten en een entomopathogene schimmel.

In een nieuwe aanpak heeft recent onderzoek in Brazilië betrekking op N‑acetylcysteïne, een veelgebruikt mucolytisch medicijn voor de behandeling van paracetamoloverdosering en om dik slijm los te maken bij mensen met aandoeningen als longontsteking en bronchitis. 

Hoewel de mechanismen die hiervoor verantwoordelijk zijn nog niet volledig worden begrepen, hebben eerste resultaten de effectiviteit van het medicijn aangetoond bij het verstoren van bacteriële biofilms wanneer het via irrigatie wordt toegepast op hydrocultuur- of akkerbouwgewassen.

Gezien de rol die biofilms spelen bij de bescherming van bacteriën tegen antimicrobiële behandelingen en de uiteindelijke oorzaak van bacteriële resistentie, is dit onderzoeksgebied mogelijk in opkomst. Het afbreken van de beschermende biofilmmatrix zou namelijk de effectiviteit van behandelingen die direct op de Xylella-bacterie zijn gericht, aanzienlijk kunnen vergroten.

Totdat er een manier is gevonden om de ziekteverwekker nauwkeurig en systematisch in zijn gastheer te doden, zoals dit onderzoek suggereert dat ooit mogelijk zou kunnen zijn, zullen quarantaine en vernietiging van geïnfecteerde planten waarschijnlijk de meest effectieve bestrijdingsmethode blijven.