Các vi sinh vật theo cơ chế "ngựa thành troy" khai thác các hệ thống cộng sinh có thể trở thành những ứng viên tiềm năng cho việc phát triển các chế phẩm bảo vệ thực vật sinh học mới không?

Bọ xít nâu sọc đã trở thành một loài côn trùng gây hại xâm lấn, đe dọa năng suất và chất lượng của các cây ăn quả và cây rau màu tại châu Âu. Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia (AIST), phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Điện tử Viễn thông (UEC) và Đại học tỉnh Akita, đã phát hiện ra một loại mầm bệnh côn trùng mới xâm nhập vào cơ quan cộng sinh đường ruột của bọ xít hôi bằng cách bắt chước vi sinh vật cộng sinh của chúng, cuối cùng giết chết vật chủ.

Nhiều loài gây hại chứa các vi sinh vật cộng sinh trong cơ thể và dựa vào chúng để thực hiện các chức năng cần thiết cho sự sống còn của chúng, chẳng hạn như thu được các chất dinh dưỡng thiết yếu mà không thể có được chỉ từ thức ăn. Bọ xít hôi là một ví dụ nổi tiếng về kiểu quan hệ cộng sinh này. Chúng thực hiện điều này bằng cách chứa các vi sinh vật cộng sinh mà chúng thu được từ môi trường trong một cơ quan cộng sinh giống như túi phát triển tốt nằm ở vùng sau ruột của chúng.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một vi sinh vật gây bệnh mới bắt chước các vi sinh vật cộng sinh của bọ xít hôi để xâm nhập vào cơ thể chúng. Mầm bệnh này xâm nhập vào ruột từ đất và sử dụng cùng một kiểu di động "bao bọc" như các vi sinh vật cộng sinh để đến được cơ quan cộng sinh. Các nhà nghiên cứu cho biết rằng mầm bệnh này sinh sôi bất thường sau khi thiết lập được vị trí trong cơ quan cộng sinh.

Tiếp theo, vi sinh vật này phá vỡ cơ quan cộng sinh, xâm nhập vào dịch huyết của vật chủ, gây nhiễm khuẩn huyết và dẫn đến tỷ lệ chết của bọ xít ký chủ đạt gần 100% trong vòng 10 ngày.

Đây là báo cáo đầu tiên về một tác nhân gây bệnh trên côn trùng có khả năng tiêu diệt vật chủ bằng cách xâm chiếm cơ quan cộng sinh dưới hình thức ngụy trang như một vi sinh vật cộng sinh. Kết quả nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho việc phát triển các công nghệ kiểm soát dịch hại sinh học mới, an toàn và thân thiện với môi trường.

Những nội dung chi tiết về công nghệ này đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Áp lực thay thế các biện pháp kiểm soát hóa học

Môi trường tự nhiên là nơi sinh sống của nhiều loài côn trùng đa dạng, trong đó bao gồm các nhóm sâu bệnh hại nông nghiệp gây tổn thất cho cây trồng, côn trùng hại nông sản kho xâm nhiễm vào nhà ở và thực phẩm, cùng với côn trùng y tế và gây hại sinh hoạt mang các vi sinh vật gây bệnh. Các đối tượng dịch hại này tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và điều kiện vệ sinh môi trường.

Các loại thuốc bảo vệ thực vật hóa học được sử dụng rộng rãi nhằm kiểm soát các đối tượng dịch hại này. Tuy nhiên, đã và đang xuất hiện những lo ngại về tác động của chúng đối với độ đa dạng sinh học, cũng như sự hình thành tính kháng thuốc ở các quần thể sâu hại.

Do đó, các dòng thuốc bảo vệ thực vật sinh học ngày càng nhận được sự quan tâm lớn nhờ sử dụng các vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng và kẻ thù tự nhiên có tính đặc hiệu ký chủ cao đối với dịch hại. Thuốc sinh học tác động mục tiêu một cách chuyên biệt hơn và ít gây ảnh hưởng đến môi trường so với thuốc hóa học, trở thành một giải pháp quan trọng hướng tới nền nông nghiệp bền vững.

Tại sao bọ xít lại khó phòng trừ

Trong số các nhóm dịch hại nông nghiệp, bọ xít được biết đến là đối tượng rất khó phòng trừ và chúng gây hại trên nhiều loài cây trồng thông qua tập tính chích hút nhựa cây. Cho đến nay, các loại thuốc bảo vệ thực vật hóa học vẫn là phương pháp kiểm soát hiệu quả duy nhất.

Các vi sinh vật cộng sinh có khả năng bù đắp lượng dưỡng chất thiếu hụt từ nguồn thức ăn, đồng thời phân giải các thành phần khó tiêu hóa. Các vi sinh vật cộng sinh này đóng vai trò thiết yếu đối với sự tồn tại, sinh trưởng và sinh sản của dịch hại.

Trong số các loài côn trùng mang vi sinh vật cộng sinh, một số loài được biết đến là đã tiến hóa các cơ quan chuyên biệt gọi là “cơ quan cộng sinh” nhằm duy trì ổn định các vi sinh vật này.

Bọ xít phát triển một cơ quan cộng sinh dạng túi nằm trong một phần của đường ruột. Cơ quan này lưu giữ các vi sinh vật cộng sinh mà chúng thu nhận từ trong đất, sau đó trưng dụng chúng cho quá trình bổ sung dinh dưỡng.

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org