Zrównoważona produkcja metabolitów owadobójczych i akarobójczych przez grzyby endofityczne z wykorzystaniem fermentacji na stałym podłożu

Przemiana ukrytych grzybów w obrońców upraw

Współczesne rolnictwo w dużym stopniu polega na chemicznych pestycydach, by chronić zbiory przed owadami i roztoczami. Jednak te chemikalia mogą szkodzić zapylaczom, zanieczyszczać glebę i wodę oraz sprzyjać powstawaniu odporności u szkodników. W badaniu przedstawiono zupełnie inną strategię: wykorzystanie nieszkodliwych grzybów żyjących wewnątrz korzeni pszenicy i skłonienie ich do przetwarzania odpadów rolniczych w naturalne mieszaniny zabijające szkodniki, co może zapewnić bezpieczniejszą ochronę upraw i środowiska.

Cisi sojusznicy żyjący wewnątrz korzeni pszenicy

Naukowcy zadali sobie podstawowe pytanie: czy mikroskopijne grzyby naturalnie zasiedlające zdrowe korzenie pszenicy mogą pomóc bronić roślinę? Tak zwane grzyby endofityczne żyją w tkankach roślin bez wywoływania chorób. Zespół zebrał rośliny pszenicy z trzech regionów Egiptu i z korzeni wyizolował 38 różnych szczepów grzybów. Następnie przetestowano każdy szczep pod kątem zdolności do wytwarzania związków chemicznych i enzymów znanych z uszkadzania ciał owadów lub działających jako naturalne pestycydy. Jeden wyróżniający się szczep, oznaczony MORSY‑27 i później zidentyfikowany jako gatunek Geomyces, konsekwentnie produkował najwyższe poziomy tych potencjalnie ochronnych substancji.

Karmienie grzybów odpadami z gospodarstwa

Aby biologiczny pestycyd miał praktyczne zastosowanie, musi być tani i skalowalny. Zamiast hodować grzyb w płynnych bioreaktorach, naukowcy zastosowali fermentację na stałym podłożu, pozwalając mu rosnąć na wilgotnych resztkach roślinnych, które w innym przypadku byłyby wyrzucone — takich jak miąższ pomarańczy i pomidorów, skórki bananów, odpady taro, makuch słonecznikowy oraz łodygi warzywa liściastego nazywanego molokhia. Materiały te są bogate w cukry, włókna, oleje i białka oraz przypominają naturalne środowisko grzyba. Poprzez regulację temperatury i wilgotności zespół poszukiwał warunków skłaniających grzyba do wytworzenia jak największych ilości związków pestycydalnych.

Poszukiwanie najlepszej receptury na naturalne toksyny

Pod mikroskopem i w badaniach chemicznych Geomyces sp. MORSY‑27 okazał się produktywną mini‑fabryką. Na większości odpadów roślinnych produkował cztery główne grupy związków przypominających te z roślin — fenole, flawonoidy, terpenoidy i alkaloidy — a także kwasy tłuszczowe mogące zaburzać komórki owadów. Wydzielał również silne enzymy trawiące zewnętrzną powłokę (oskórek) owadów i roztoczy, w tym enzymy rozkładające chitynę, białka i tłuszcze. Makuch słonecznikowy i odpady taro okazały się szczególnie dobrym „paliwem”, a temperatura około 20 °C i umiarkowana wilgotność dały najbogatszą mieszankę tych bioaktywnych cząsteczek. Analiza ekstraktu z makuchu słonecznika metodą chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas wykazała 39 różnych związków, z których wiele związanych było z estrami i amidami kwasów tłuszczowych wcześniej powiązanymi z aktywnością owadobójczą lub mikrobojczą.

Testowanie grzybowej mikstury

Aby sprawdzić, czy te mieszaniny faktycznie szkodzą szkodnikom, naukowcy przetestowali ekstrakty przeciwko dwóm ważnym wrogom rolniczym: czarnej gąsienicy karczownicy, której gąsienice mogą zniszczyć młode siewki, oraz dwukropkowemu roztoczowi pająkowemu, małemu ssącemu sok szkodnikowi atakującemu setki gatunków upraw. Gdy gąsienice karmiły się liśćmi potraktowanymi ekstraktami grzybowymi, ich rozwój znacznie się spowolnił; w niektórych przypadkach stadium larwalne wydłużyło się z około 18 do ponad 40 dni. Wiele larw i poczwarek zginęło, a przeżywające osobniki często wyłaniały się jako zdeformowane imagines z pomarszczonymi skrzydłami lub zatrzymane w częściowym linieniu — oznaki zaburzeń hormonów i formowania oskórka. U roztoczy ekstrakty powodowały silną, zależną od dawki i czasu śmiertelność dorosłych oraz znaczące zmniejszenie wylęgu jaj. Niektóre zabiegi osiągnęły prawie 100% śmiertelność dorosłych i całkowitą nieskuteczność wylęgu jaj, gdy samice były narażone przed składaniem jaj.

Co to może znaczyć dla przyszłego rolnictwa

Dla osoby niezajmującej się tematem przesłanie jest proste: poprzez współpracę z grzybami już zamieszkującymi uprawy i karmienie ich taniymi odpadami roślinnymi można potencjalnie wytwarzać silne, naturalne mieszaniny do kontroli szkodników. Badany szczep Geomyces przekształcił makuch słonecznikowy i inne odpady przetwórcze w złożoną mieszaninę enzymów i olejów, które paraliżowały gąsienice i roztocza, korzystając przy tym z odnawialnych, niskokosztowych surowców. Chociaż potrzebne są dalsze prace w celu wyizolowania najbezpieczniejszych składników, przetestowania ich w warunkach polowych i porównania z istniejącymi produktami, podejście to wskazuje na przyszłość, w której rolnicy mogliby chronić plony przy użyciu wyspecjalizowanych grzybowych sojuszników zamiast polegać głównie na chemicznych związkach syntetycznych.

Cytowanie: El-Gendy, M.M.A.A., Sadek, H.E., Barghout, M.E. et al. Sustainable production of insecticidal and acaricidal metabolites by endophytic fungi using solid-state fermentation. Sci Rep 16, 11356 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40413-w

Słowa kluczowe: biopestycydy, grzyby endofityczne, szkodniki pszenicy, fermentacja na stałym podłożu, zrównoważone rolnictwo