Entwicklung einer Nanobehandlung, um Mangroven vor einer tödlichen Krankheit zu schützen

Mangroven und Palmen sind Markenzeichen des Sunshine State, nicht nur wegen ihrer Schönheit, sondern auch wegen ihrer immensen Bedeutung für Floridas Küsten.

Mangroven sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Küsten auf natürliche Weise vor Sturmschäden schützen und als lebenswichtige Lebensräume für Wildtiere auf der ganzen Welt dienen.

Wissenschaftler der University of Central Florida arbeiten daran, Mangroven in Florida und auf der ganzen Welt vor einer immer häufiger auftretenden Vielfalt pathogener Pilze zu schützen, die inaktiv bleiben, aber aktiv werden, wenn der Baum Stressfaktoren wie Temperaturschwankungen, Schädlingen oder anderen Krankheiten ausgesetzt wird.

Die Krankheit hat noch keinen offiziellen Namen, Wissenschaftler nennen sie jedoch „Mangrove CNP“. Sie wird durch eine Gruppe pathogener Pilze verursacht, darunter Curvularia, Neopestalotiopsis und Pestalotiopsis, die Gelbfärbung und Flecken verursachen und die Mangrove nach und nach schwächen, bis sie abstirbt.

Die UCF-Studentin Melissa Deinys und der UCF-Studentenwissenschaftler Jorge Pereira arbeiten daran, den Trend umzukehren, indem sie einen vielversprechenden Nährstoffcocktail aus Nanopartikeln entwickeln und testen, um Mangroven zu stärken und Krankheitserreger zu bekämpfen. Die Arbeit wird vom Materials Innovation for Sustainable Agriculture (MISA) Center von UCF-Professor Swadeshmukul Santra geleitet, einem vom US-Landwirtschaftsministerium und dem National Institute of Food and Agriculture anerkannten Exzellenzzentrum.

Im Jahr 2019 identifizierte Deinys durch seine Arbeit mit dem Fairchild Tropical Botanical Garden erstmals den Mangroven-Nationalpark in Florida als Ursache für das Verschwinden der Mangroven. Später bestätigte und zitierte der Marine Resources Council, eine gemeinnützige Organisation, die sich dem Schutz und der Wiederherstellung der Indian River Lagoon in Florida widmet, seine Bemühungen.

Deinys und seine Mitarbeiter am MRC und im Fairchild Tropical Botanic Garden stellten fest, dass etwa 80 Prozent der Mangroven, die sie beprobt hatten, positiv auf mindestens eine der Pilzpathogenarten waren. Sie sagt, sie hätten mehr als 130 Mangrovenwälder zwischen den Mangrovenpopulationen der Indian River Lagoon und Miami beprobt.

Forscher behandeln Mangroven, indem sie sie in einer Nährlösung namens „Mag Sun“ (MgSuN) einweichen, die aus Magnesium- und Schwefel-Nanopartikeln besteht. Die Mischung sei eine Verbesserung gegenüber der Formel eines ehemaligen Doktoranden, die Bakterien auf Tomaten zerstörte, sagt Pereira.

„Wir haben uns für Magnesium entschieden, weil es umweltfreundlicher ist und Pflanzen viel Magnesium benötigen“, erklärt er. „Ich habe unsere Formel auf Magnesiumbasis mit Natriumpolysulfid kombiniert. Schwefel ist eines dieser allgegenwärtigen Elemente in der Umwelt. Die Idee besteht darin, beides zu kombinieren, um die antimikrobielle Kapazität von Bakterien und Pilzen zu verbessern und Pflanzen außerdem mit wichtigen Nährstoffen zu versorgen, damit sie grüner und blättriger werden können. »

In Labortests berichteten Forscher, dass sie bei Behandlung mit MgSuN in unterschiedlichen Konzentrationen im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle eine Wachstumshemmung von bis zu 95 % beobachteten.

Die Formel wirkt als eine Art Antibiotikum und Multivitamin und hat ein großes Potenzial zur Verbesserung der Gesundheit infizierter Mangroven in Baumschulen in Florida gezeigt, sagt Pereira.

„Wir haben einige Experimente durchgeführt und das Produkt in vitro und an Pflanzen getestet“, erklärt er. „Wir arbeiten mit den Baumschulen zusammen und haben herausgefunden, dass das Produkt Krankheitserreger ohne negative Auswirkungen auf die Mangroven abtötet und gleichzeitig ihre Gesundheit verbessert. Sie sehen nach der Behandlung wunderschön aus. »

Deinys setzt ihre Arbeit mit dem Fairchild Tropical Botanic Garden, MRC und Baumschulen in ganz Florida fort, während sie sich weiterhin auf ihren Weg zum Abschluss konzentriert und ihre Forschung an der UCF fortsetzt.

Sie begann 2018 in Miami mit der Erforschung von Pilzpathogenen, bevor sie sich an der UCF einschrieb, und sah, dass Mangroven zunehmend von der opportunistischen Natur von Pathogenen betroffen waren.

„Zurück im Botanischen Garten, in dem ich angefangen habe, sah ich, dass die Pflanzen diese Krankheitserreger in sich trugen, aber nicht so schädlich, dass sie heute verschwinden“, erklärt sie. „Eine Mangrovengärtnerei [The Marine Resources Council] „Die Behörden kontaktierten uns und teilten uns mit, dass sie von Insekten befallen waren und dass die gesamte Population durch den Krankheitserreger dezimiert worden sei. Wir erhalten auch Berichte aus Orten wie Tampa, die darauf hinweisen, dass die Gebiete, in denen der Abfluss größer ist, stärker von Krankheitserregern betroffen sind.“ -bedingte Verschlechterung als vor 10 Jahren.“

Pilze sind schon seit einiger Zeit gut dokumentiert, aber unbeständige Temperaturschwankungen, häufige Stürme und andere zunehmende Stressfaktoren öffnen den Weg für Pilze, in Mangroven einzudringen, sagt Deinys.

„Wir nennen sie Opportunisten, und das nicht umsonst“, erklärt sie. „Sie sehen eine Veränderung in der Anlage und fangen dann an, Maßnahmen zu ergreifen. »

Laut Deinys ist noch unklar, wie Krankheitserreger übertragen werden. Forscher vermuten, dass sie durch Wasser, Wind oder Insekten eingeschleppt werden könnten. Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um festzustellen, wie sie übertragen werden, da sie eine Gefahr für die Gesundheit der Mangroven darstellen.

„Man muss alle Möglichkeiten untersuchen, um den Vektor zu bestimmen“, erklärt Deinys. „Wir haben Artikel und Veröffentlichungen in anderen Ländern gesehen, die das Vorhandensein dieser Krankheitserreger schon seit langem belegen. Dies war schwierig, da zwischen den Mangrovengemeinschaften eine Kluft besteht, da wir in unterschiedlichen Welten leben und unterschiedliche Sprachen sprechen. »

Die MgSuN-Nährlösung sei eine Behandlung, aber keine Heilung, erklärt Deinys. Zusätzlich zur Behandlung von Krankheitserregern gibt es noch viele Stressfaktoren, die bewältigt und gemildert werden müssen, wie zum Beispiel die vom Menschen verursachte Lebensraumzerstörung.

„Ich denke, es bedarf großer Wiederherstellungsanstrengungen, um die Mangroven wieder zu besiedeln“, sagt sie. „Aber wir müssen uns zunächst die Gesundheit dieser Mangroven und die Gesundheit des Ökosystems ansehen, bevor wir entscheiden, was wir noch tun müssen.“ Wir arbeiten mit Mangrovengärtnereien zusammen, um gemeinsam Lösungen zu entwickeln. »

Die Pflege und Wiederherstellung von Mangroven ist ein wesentlicher Bestandteil des ökologischen Managements und eine Leidenschaft, die Deinys im Laufe seiner Karriere fortführen möchte.

„Ich habe dieses Projekt in der ersten Klasse begonnen“, sagte sie. „Ich wollte nicht aufgeben, was ich tat, und kam mit einer Mission hierher. Ich traf Dr. Santra, unseren Hauptermittler, und er wollte mir helfen. Er hat mir viele Freiheiten gegeben und ich bin ihm wirklich dankbar. »

Deinys sagt, ihre Forschung an der UCF sei unglaublich lohnend gewesen.

„Ich habe hier einen Gemeinschaftsgeist entdeckt“, sagt sie. „Ich trat dem Labor bei und hatte das Gefühl, meine Familie wiederzufinden. Es ist eines der besten Dinge, die ich aus dieser Erfahrung mitgenommen habe. Dies ist eine der Leidenschaften meines Lebens und ich hoffe, dass ich auch danach weiterhin an diesem Projekt teilnehmen werde. »

Santra ist durch die von Pereira und Deinys durchgeführte Forschung ermutigt und hofft, dass sie die Mangroven-Ökosysteme weiterhin stärken wird.

„Das MISA Center der UCF widmet sich der Lösung globaler Probleme, die die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft gefährden“, erklärt er. „Wir freuen uns, ein neues Pflanzenschutzmittel in unserem Werkzeugkasten zum Schutz von Mangroven zu haben. Ich sehe die Zukunft von MagSun als Breitband-Fungizid, bei dem GRAS-Materialien (Generally Recognized As Safe) durch Nanotechnologie verbessert werden. »

Laut Pereira sind weitere Studien erforderlich, um die Stressfaktoren zu identifizieren, die Mangroven am stärksten beeinträchtigen, damit Wissenschaftler sie besser schützen können.

„Es ist sehr wichtig, die Stressfaktoren zu verstehen, und wir müssen wirklich feststellen, ob es sich um eine Temperaturänderung, einen Abfluss oder einen zusätzlichen Krankheitserreger handelt“, sagt er. „In der Zwischenzeit müssen wir etwas tun, um zu verhindern, dass dieser Schaden entsteht.“ »