為了讓農(nóng)作物可以更好地生長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)廣泛依賴大量的農(nóng)藥來防止病蟲害、快速清除雜草。它們雖然不會對農(nóng)作物造成傷害，但自身仍具有毒性，甚至是劇毒（比如百草枯）。長期或使用不當，很可能會破壞當?shù)刈匀画h(huán)境，危害生態(tài)系統(tǒng)，甚至危害人類的健康。

幸運的是，隨著生物科技的進步，科學家們正在將目光轉向細菌和真菌等微生物，嘗試讓它們起到“生物農(nóng)藥”的作用，擺脫對化學農(nóng)藥的依賴。而近日，英國卡迪夫大學的研究人員就在該領域取得了一些突破，利用基因編輯技術，他們修改了一種伯克霍爾德氏菌（Burkholderia cepacia）的基因，在去除它對人的毒性的同時，保留了對植物病原菌的抑制作用，具備成為新型生物農(nóng)藥的潛力。

伯克霍爾德氏菌（屬）廣泛存在與大自然中，水、土壤、植物和人體中都有他的身影，已確認得有20多種。由于人類首次發(fā)現(xiàn)的那一種可以引起洋蔥莖腐爛，因此該種類又被稱為“洋蔥伯克氏細菌”（下文簡稱“洋蔥菌”）。

這次研究的對象就是這種“洋蔥菌”。

自1949年首次發(fā)現(xiàn)以來，洋蔥菌就憑借讓人“又愛又恨”的特征吸引了很多科學家。

一方面，它具有促進促進植物生長和殺菌的能力，還可以分解土壤中的殘留農(nóng)藥，是用來替換化學農(nóng)藥的最佳選擇之一。

但另一方面，它也是一種致病菌，會使肺部囊性纖維化的病人罹患“洋蔥伯克氏菌綜合癥”，還會引發(fā)多種感染病，嚴重者會出現(xiàn)生病危險。

圖 | 這才是掃描電子顯微鏡下的“洋蔥菌”，伯克霍爾德氏菌本菌

在人們尚未完全了解洋蔥菌的負面影響時，它一直在世界范圍內(nèi)被當作生物殺蟲劑廣泛使用，曾導致很多人患病和死亡。直到1999年之后，美國等西方國家逐漸重視了它的致病風險，提高了此類生物農(nóng)藥的注冊標準，還暫停了它的大規(guī)模使用。

這一次，英國研究團隊對洋蔥菌基因序列進行了長期深入研究，更全面的掌握了它保護農(nóng)作物的原理。

研究領導者Eshwar Mahenthiralingam 教授表示，“我們必須了解風險，才能減少風險，進而尋求一個兼顧所有人的平衡點。”

研究團隊利用洋蔥菌的基因制造出了抗生素Cepacin，這是有效對抗苗期猝倒病的關鍵——一種存在于土壤中的真菌病害，專門侵襲農(nóng)作物的幼苗。

通過食用基因組測序等技術手段，他們發(fā)現(xiàn)，洋蔥菌會將自己的基因組DNA分裂成3個復制子（基因片段），如果去除最小的復制子，就會創(chuàng)造出一種突變洋蔥菌菌株。

圖 | 三個復制子，來源：Nature Microbiology

研究人員分別在肺部感染小鼠和豌豆幼苗上測試了效果，發(fā)現(xiàn)突變菌株既不會加劇小鼠的感染狀況，又可以幫助植物抵抗苗期猝倒病，兩全其美。

這一發(fā)現(xiàn)讓研究小組非常興奮。對于人類來說，洋蔥菌似乎有望“改邪歸正”。在自然條件下，洋蔥菌等有益細菌可以和植物共生，如果真的不會導致人類疾病，那么這種特性有望在未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

研究團隊目前正在探索抗生素Cepacin是否對害蟲有效，下一步就是探索突變洋蔥菌菌株的實用價值，比如會不會對人類和環(huán)境造成其它負面影響，能否大規(guī)模轉變?yōu)橐环N安全的生物農(nóng)藥，最終使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)更加安全、健康和環(huán)保。

生物農(nóng)藥將成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大趨勢，而被基因編輯“馴服”的洋蔥菌，則成為了這條路上的先驅之一。