Dokážu pripraviť pestovateľov o úrodu, znehodnotiť ovocie a rozšíriť sa naprieč kontinentmi. Niektoré rastlinné vírusy sa stali celosvetovými hrozbami, iné sa môžu ukrývať v rastlinách, od ktorých by sme to nečakali. O tom, ako sa rastlinné vírusy šíria, ako ich dokážeme odhaľovať a čo nám o nich prezrádza výskum divo rastúcich rastlín, hovorí virológ Adam Achs z výskumnej skupiny rastlinnej virológie Virologického ústavu Biomedicínskeho centra SAV (BMC SAV).
Čo ľudia najčastejšie o rastlinných vírusoch nevedia?
Myslím si, že veľa ľudí si ani neuvedomuje, že rastlinné vírusy existujú a že môžu spôsobovať vážne ochorenia rastlín. Ľudia sa ma občas pýtajú, či „liečime rastlinky“. Zvyknem na to žartom odpovedať, že my ich vlastne najradšej vidíme choré, pretože inak by sme nemali čo skúmať. Samozrejme, naším cieľom je práve naopak lepšie porozumieť vírusovým ochoreniam a pomôcť im predchádzať. Keď sa potom ľudia stretnú s chorou rastlinou, často sa pýtajú, akým postrekom by sa dal vírus zlikvidovať. Pri vírusoch to však, žiaľ, také jednoduché nie je. V tomto je to podobné ako pri ľudských vírusoch – tak ako na vírusy nepomáhajú antibiotiká, ani bežným postrekom nedokážeme vyliečiť rastlinu, ktorá už je vírusom infikovaná. Ľudskému telu pomáha bojovať proti vírusom imunitný systém. Aj rastliny majú vlastné obranné mechanizmy, ale ich imunitný systém funguje inak ako u človeka. Preto je pri rastlinných vírusoch mimoriadne dôležitá prevencia, predovšetkým snaha zabrániť tomu, aby k infekcii vôbec prišlo.
Sú rastlinné vírusy porovnateľné s vírusmi, ktoré spôsobujú ochorenia u ľudí?
Základný princíp je podobný: vírus sa dostane do hostiteľského organizmu, množí sa v jeho bunkách a môže sa ďalej šíriť. Dôsledky však vyzerajú inak. Kým pri ľudských vírusoch sledujeme predovšetkým zdravotné následky, pri rastlinných vírusoch nás zaujíma poškodenie rastlín, strata úrody, kvalita potravín a ekonomické dôsledky. Dôležitý rozdiel je aj v tom, že ľudia a zvieratá sa môžu sami presúvať, zatiaľ čo rastliny zostávajú celý život na jednom mieste. Rastlinné vírusy sa preto medzi rastlinami často šíria prostredníctvom prenášačov, napríklad hmyzu, alebo pri manipulácii s infikovanými rastlinami. Zaujímavé je, že pri šírení na veľké vzdialenosti môže byť jedným z najvýznamnejších prenášačov aj samotný človek. Napríklad keď si niekto z dovolenky prinesie živú rastlinu alebo odrezok, môže spolu s nimi neúmyselne zavliecť aj vírus do oblasti, kde sa predtým nevyskytoval. Podobnú úlohu zohráva aj medzinárodný obchod s rastlinným a rozmnožovacím materiálom.
Prečo si sa ty sám začal venovať rastlinným vírusom?
Moja cesta k rastlinným vírusom bola vlastne trochu náhoda. Keď som začínal s virológiou, venoval som sa vírusom chrípky. Postupne som si však uvedomil, že mám osobný etický problém s experimentmi na laboratórnych zvieratách, ktoré boli súčasťou výskumného smerovania, ktorému som sa vtedy venoval. Začal som preto hľadať inú cestu a dostal som sa k rastlinným vírusom. Práve na pracovisku rastlinnej virológie som dostal príležitosť prepojiť svoj pôvodný záujem o chrípku s rastlinnými vírusmi – využívali sme totiž rastlinný vírus na produkciu bielkovín vírusu chrípky v rastlinách. Tak som sa dostal k rastlinným vírusom a napokon som pri nich zostal.
Ako zistíme, že rastlina obsahuje vírus?
V rastline môže byť vírus, aj keď nemá jednoznačné príznaky. Naopak, príznaky, ako sú žltnutie, deformácie alebo škvrny, nemusia automaticky znamenať vírusovú infekciu. Podobné prejavy môže vyvolať nedostatok živín, poškodenie prostredia alebo iný patogén. Preto využívame laboratórne diagnostické metódy. Patria medzi ne sérologické testy, ktoré rozpoznávajú vírusové bielkoviny, a molekulárne metódy, ktorými zisťujeme prítomnosť špecifických úsekov genetickej informácie vírusu. Keď však máme podozrenie na neznámy vírus alebo na výrazne odlišný variant známeho vírusu, veľmi užitočné je sekvenovanie, teda čítanie jeho genetickej informácie. Niekedy sa môže stať, že geneticky odlišný variant vírusu existujúci diagnostický test nezachytí. Aj preto je dôležité vírusy sekvenovať a overovať, či používané diagnostické metódy dokážu spoľahlivo odhaliť aj ich odlišné varianty.
V posledných rokoch sa veľa hovorí o víruse, ktorý poškodzuje paradajky na celom svete. Čím je nebezpečný?
Ide o vírus hnedej vráskavosti plodov paradajky, označovaný skratkou ToBRFV. Prvýkrát ho identifikovali v roku 2014 na Blízkom východe a následne sa začal objavovať v ďalších krajinách sveta vrátane Európy. Jeho šírenie predstavuje problém najmä pre intenzívne skleníkové pestovanie paradajok. Vírus môže spôsobovať deformácie a mozaikovitosť listov, škvrny na plodoch a ich nerovnomerné dozrievanie. Mimoriadne nepríjemné je aj to, že vírus dokáže infikovať niektoré odrody, ktoré boli vyšľachtené s genetickou odolnosťou voči iným príbuzným vírusom. Veľmi účinne sa prenáša mechanicky, napríklad rukami, pracovným náradím či pri manipulácii s rastlinami. V skleníku sa tak môže rozšíriť medzi veľkým množstvom rastlín. K šíreniu medzi krajinami prispieva aj medzinárodný pohyb osív a sadivového materiálu.
Môžeme v tomto prípade hovoriť o rastlinnej pandémii?
Keď sa vírusové ochorenie začne rýchlo šíriť medzi rastlinami v sade, na poli alebo v skleníku, ide o epidémiu. A ak sa vírus rozšíri do mnohých krajín či na viacero kontinentov, môže nadobudnúť globálny, pandemický charakter. Vírusy, ktoré spôsobujú ochorenia rastlín, však nie sú známe ako pôvodcovia ľudských infekcií. Z hľadiska bežného spotrebiteľa preto „rastlinná pandémia“ neznamená, že by hrozilo ochorenie ľudí pri konzumácii paradajok. Pre pestovateľov však môže mať takáto epidémia veľmi vážne následky. Ak vírus zasiahne významnú plodinu, nejde iba o poškodenie jednotlivých rastlín. Ohrozená môže byť produkcia celých pestovateľských podnikov a následne aj ekonomika daného odvetvia. Pri výraznom výpadku produkcie môže dôjsť aj k nárastu cien danej komodity, čo sa môže v konečnom dôsledku dotknúť aj spotrebiteľov.
Aká je situácia s týmto vírusom paradajok na Slovensku?
Na Slovensku bol vírus hnedej vráskavosti plodov paradajky prvýkrát zaznamenaný v roku 2023 v skleníku pri Leviciach. Podľa medzinárodnej databázy EPPO je jeho výskyt na Slovensku aktuálne prechodný. To je dôležité rozlíšenie: samotný nález ešte neznamená, že je vírus rozšírený na celom území krajiny.
Čo môžu urobiť samotní pestovatelia, aby paradajky ochránili?
Profesionálni pestovatelia by sa mali dôsledne venovať prevencii – používať zdravotne overené osivá a sadivový materiál, dodržiavať hygienické opatrenia, pravidelne dezinfikovať pracovné nástroje a obmedzovať prenášanie rastlinných zvyškov a miazgy medzi rastlinami. Pri podozrivých príznakoch je dôležité obrátiť sa na odborníkov a zabezpečiť laboratórne overenie. Samotný vzhľad rastliny totiž nemusí stačiť na spoľahlivé určenie pôvodcu ochorenia. Ani v domácom skleníku netreba podceňovať hygienu. Pomáha používanie zdravých priesad, čistenie náradia a opatrnosť pri manipulácii s poškodenými rastlinami.
Ktoré rastlinné vírusové epidémie patrili k najvýznamnejším v histórii?
Jedným z najznámejších príkladov je práve šarka sliviek. Ochorenie, ktoré spôsobuje vírus šarky slivky, bolo zaznamenané v Bulharsku v rokoch 1917 až 1918 a postupne sa rozšírilo do mnohých krajín pestujúcich kôstkoviny. Spôsobuje poškodenie plodov, ich predčasný opad a znižuje úrodu aj kvalitu ovocia. Výrazné následky mala šarka aj na Slovensku, kde sa postupne rozšírila do všetkých hlavných ovocinárskych oblastí. Mimoriadne citlivá je napríklad tradičná Bystrická slivka, ktorej pestovanie ochorenie výrazne ohrozilo. Šarka tak prispela k úpadku tradičného pestovania sliviek a viedla aj k odstraňovaniu infikovaných stromov v snahe obmedziť ďalšie šírenie vírusu. Odhadované globálne hospodárske náklady v rokoch 1995 až 2023 dosiahli viac ako dve miliardy eur. Kumulatívne straty od začiatku 20. storočia pravdepodobne presahujú 13 miliárd eur.
Aké iné rastlinné vírusy sa rozšírili celosvetovo?
Napríklad takzvaný Citrus tristeza virus, ktorého názov by sme mohli voľne preložiť ako vírus chradnutia, či vädnutia citrusov. Doslovný preklad by však znamenal „vírus smútku citrusov“. Tento vírus v rôznych častiach sveta zapríčinil masívne odumieranie citrusových stromov a zánik celých plantáží. V priebehu minulého storočia sa s jeho epidémiami spájajú straty viac než 100 miliónov stromov. V Afrike spôsobila závažné straty aj vírusová mozaika manioku, ktorý je pre mnohé miestne komunity dôležitou potravinovou plodinou.
Ktoré vírusy rastlín v súčasnosti predstavujú významný problém na Slovensku?
Veľmi významná je už spomínaná šarka sliviek, ktorá ohrozuje ovocné dreviny. Pri zemiakoch sú dôležité viaceré vírusy, napríklad vírus zemiaka Y a vírus zvinutky zemiaka, ktoré môžu znižovať úrodu a znehodnocovať sadivové hľuzy. V skleníkovom pestovaní paradajok je dôležitý aj vírus mozaiky pepina. U obilnín môže škody spôsobovať vírus žltého zakrpatenia jačmeňa. To podstatné je, že rastlinné vírusové ochorenia nie sú len problémom exotických plodín v tropických oblastiach. Mnohé z nich sa vyskytujú aj v našich sadoch, na poliach či v skleníkoch. Ich význam môže rásť, ak sa menia pestovateľské podmienky alebo sa do nových oblastí dostanú nové varianty vírusov.
Ako často sa rastlinné pandémie opakujú?
Nedá sa povedať, že prichádzajú v pravidelných intervaloch. Nové epidémie vznikajú vtedy, keď sa stretnú vhodné podmienky: prítomnosť vírusu, citlivé druhy rastlín, účinný spôsob prenosu a možnosti rozšírenia do nových oblastí. Veľkú úlohu zohráva medzinárodný obchod s rastlinným materiálom, zmeny v pestovaní, rozšírenie hmyzu, ktorý vírusy prenáša, do nových oblastí, ale aj klimatická zmena.
Ako môže klimatická zmena prispieť k vzniku nových epidémií rastlinných vírusov?
Miernejšie zimy a zmenené teplotné podmienky môžu niektorým druhom hmyzu umožniť lepšie prežívať alebo rozširovať sa do oblastí, kde sa predtým vyskytovali len zriedkavo. Ak takýto hmyz prenáša rastlinný vírus, môže sa zmeniť aj riziko jeho šírenia. Okrem toho sa v našich podmienkachčoraz častejšie stretávame s novými druhmi rastlín, či už ide o invázne druhy, alebo o úžitkové a okrasné rastliny, ktoré sa tu vďaka miernejším podmienkam dajú úspešnejšie pestovať – napríklad obľúbený figovník, či olivovník. Niektoré z nich môžu byť hostiteľmi vírusov a potenciálne vstupovať do ich ďalšieho šírenia. Je dôležité sledovať nielen vírusy na pestovaných plodinách, ale aj ich výskyt v širšom prírodnom prostredí. Ak chceme lepšie predvídať budúce riziká, musíme poznať vírusy, ich hostiteľov aj organizmy, ktoré ich prenášajú.
Takže aj divorastúce rastliny môžu byť zdrojom budúcich epidémií?
Áno, je to jedna z tém, ktorým sa venujeme v našom laboratóriu. Pri rastlinných vírusoch je dôležité neskúmať iba samotnú plodinu, na ktorej spôsobujú škody, ale aj ďalšie rastliny, v ktorých môžu prežívať. Vírus môže mať viacero hostiteľských druhov. Niektoré z nich sú hospodársky významné plodiny, iné sú okrasné alebo divorastúce rastliny, ktoré sa bežne nekontrolujú z hľadiska prítomnosti konkrétneho vírusu. Nie každá infikovaná divorastúca rastlina však automaticky predstavuje zdroj infekcie pre poľnohospodárske plodiny. Musíme skúmať, či sa vírus dokáže preniesť medzi hostiteľmi v prirodzených podmienkach, či majú vhodného prenášača, a aký význam má daná rastlina pre ďalšie šírenie.
Zistili ste v rámci vášho výskumu na divorastúcich rastlinách vírusy, ktoré dokážu infikovať aj poľnohospodárske plodiny?
Áno, nedávno sme publikovali výsledky výskumu, kde sa nám pri divorastúcich agátoch bielych na Slovensku podarilo identifikovať vírus zakrpatenosti podzemnice olejnej. Je to vírus, ktorý poznáme najmä v súvislosti so strukovinami, preto je jeho výskyt na drevine zaujímavý z hľadiska epidemiológie aj evolúcie vírusov. Spomedzi tridsiatich skúmaných agátov bolo sedem pozitívnych na tento vírus. Genetická informácia identifikovaných vírusov sa výrazne líšila od tých, ktoré sú známe zo strukovín. Zaujímavé bolo aj to, že sa nedali zachytiť komerčne dostupnými protilátkami. V biologických pokusoch sme zároveň ukázali, že izolát z agáta si zachoval schopnosť infikovať viaceré strukoviny vrátane hrachu, fazule, sóje a podzemnice olejnej. To je dôležitý poznatok, hoci samotný laboratórny pokus ešte nedokazuje, že k takémuto prenosu bežne dochádza aj v prírode.
Ako môže váš výskum v konečnom dôsledku pomôcť chrániť rastliny a úrodu?
Naším cieľom je lepšie spoznať rozmanitosť rastlinných vírusov, ich hostiteľské spektrum a spôsob, akým sa šíria v prírode aj v poľnohospodárstve. Keď identifikujeme vírus, ktorý doteraz nebol na určitom hostiteľovi zaznamenaný, alebo odhalíme geneticky odlišný variant, môžeme naň upozorniť odbornú verejnosť a prispieť k vývoju vhodnejších diagnostických metód. Výskumná skupina rastlinnej virológie, ktorej som súčasťou, má viac než 70-ročnú tradíciu a na Virologickom ústave pôsobí už od jeho vzniku. Pod vedením docenta Miroslava Glasu sa významne presadila vo výskume šarky sliviek a patrila medzi popredné európske pracoviská v tejto oblasti. Dôležitou súčasťou našej práce je medzinárodná spolupráca, ktorá nám umožňuje prepájať vlastné výsledky s poznatkami zahraničných pracovísk a posúvať základný výskum smerom k praktickému využitiu. Pekným príkladom je aj naša spolupráca s nemeckými partnermi z inštitútu DSMZ, ktorí vyvíjajú protilátky na diagnostiku rastlinných vírusov. Po publikovaní našich výsledkov pripravili aktualizovanú protilátku proti vírusu zakrpatenosti podzemnice olejnej, ktorá by mala umožniť zachytiť aj variant, ktorý sme identifikovali na agátoch. Je to konkrétna ukážka toho, ako môže základný výskum podnietiť vývoj praktických nástrojov na diagnostiku rastlinných vírusov. Spoľahlivejšia diagnostika nám umožňuje takéto vírusové varianty lepšie odhaľovať a vytvára predpoklady na ich včasné zachytenie, čo je dôležité pre ďalšie sledovanie a ochranu rastlín.
Mgr. Adam Achs, PhD., vyštudoval virológiu a molekulárnu biológiu na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave. Vo svojom výskume sa pôvodne venoval biotechnologickému využitiu rastlinných vírusov na produkciu vakcín a ďalších farmakologicky významných proteínov. V súčasnosti sa zameriava na genetickú diverzitu rastlinných vírusov, ich epidemiológiu a vplyv klimatickej zmeny na ich šírenie. Podieľal sa aj na výskume zisťovania vírusu SARS-CoV-2 v odpadových vodách a je prvým autorom vedeckej publikácie o kvantifikácii zvyškovej DNA v mRNA vakcínach. Je autorom a spoluautorom 15 vedeckých publikácií a držiteľom ocenenia Talent BMC SAV.
Text: E. Rybárová, BMC SAV; A. Achs, BMC SAV
Foto: archív A. Achsa, BMC SAV; Zdeno Šubr, BMC SAV