冠状病毒(COVID-19)从一种动物跳到人类后引发了全球大流行，此时，特拉华大学(University of Delaware)的研究人员正在研究其他病原体从植物跳到人类的新途径。
机会性细菌——比如沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌——经常通过生蔬菜、家禽、牛肉和其他食物进入人体宿主体内，每年造成数百万例食源性疾病。
但是特拉华大学的研究人员Harsh Bais和Kali Kniel以及他们的合作者现在发现，野生的沙门氏菌菌株可以绕过植物的免疫防御系统，通过打开生菜的气孔进入生菜叶子。
植物没有表现出这种入侵的症状，病原体一旦进入植物内部，就不能被冲走。
气孔是叶子上肾脏形状的小开口，可以自然地开闭，并受昼夜节律的调节。它们打开让植物冷却和呼吸。当它们发现来自干旱或植物细菌病原体的威胁时，它们就会关闭。
一些病原体可以通过蛮力侵入一个封闭的口，Bais说。例如，真菌就能做到这一点。他说，细菌不具备这样做所需的酶，所以它们会在根部或气孔中寻找开口。
植物病原体已经找到了重新打开那些关闭的气孔并进入植物内部工作的方法，Bais说。
但是现在，在《微生物学前沿》发表的研究中，Bais和Kniel表明，人类病原体沙门氏菌的一些菌株也开发出了一种重新打开已关闭的气孔的方法。
“新的情况是，非宿主细菌是如何进化来绕过植物的免疫反应的，”Bais说。“他们是真正的机会主义者。他们绝对是跳跃的王国…当我们看到这些不寻常的相互作用时，事情就开始变得复杂起来。”
当植物被培育以增加产量时，病原体的机会就出现了，这往往是以牺牲自身防御系统为代价的。当种植者在低洼地区种植作物，太靠近畜牧场，容易造成污染时，其他的机会就出现了。
5年来，Bais和Kniel以及他们的合作者一直在从不同的角度研究这个工厂的问题。
他们正在研究像沙门氏菌这样的细菌利用“特洛伊木马”方法来躲避植物的免疫系统，并找到新的人类宿主。
他们正在研究各种各样的灌溉方法，这些方法可以将细菌从水道、池塘和再生水带到植物的表面和根系。
他们正在研究能使病原体在进入新宿主的过程中存活下来的基因成分。
Bais和Kniel发表了多篇关于这些对世界粮食供应的威胁的文章，并提出了增加植物防御的建议。
例如，Bais的团队开发了一种有益微生物UD1022并申请了专利，以保护和加强植物根系。这种微生物已获得巴斯夫的许可，并被纳入越来越多的应用中。作为他们新发表文章的一部分，他们做的测试表明，用UD1022接种的根系——通过浇水和灌溉——可以保护根系免受这些机会性细菌的伤害。
克奈尔说，她惊讶地发现UD1022阻止了一些突变体进入工厂。
“生物控制有很大的希望，”她说。
Kniel的团队以及来自美国农业部和中大西洋地区其他几所大学的合作者，最近在《公共科学图书馆·综合》上发表了一项新发现，分析了从水路、池塘和再生水中提取的灌溉方法的致病成分。
这些都是收获前的风险。收获后的危险更多地来自于将这些产品运往市场的传送带上的工人的卫生习惯。
许多公司将绿叶蔬菜浸泡在用适当的消毒剂消毒过的水中，可能会考虑使用臭氧或紫外线来处理表面细菌。它们看不到或治疗已经进入叶子的人类病原体。
“食品行业不知疲倦地努力使产品尽可能安全，”克奈尔说。“但即便如此，我们还是在室外种植这些产品，这样野生动物、风、尘和水就能接触到这些可能传播微生物的东西。”这是一个艰难的局面。”
尼古拉斯·约翰逊(Nicholas Johnson)是Bais实验室的一名研究生，他进行了艰苦的研究，研究菠菜和莴苣的胃对沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌的应用有何反应。这三种人类病原体不会留下明显的指纹，也无法看出它们已经感染了一株植物。他记录了每个样本叶片上数百个气孔的大小，这些气孔被称为孔径。
在使用细菌后，他每三个小时计算一次细菌的大小。
“他必须坐在显微镜下，计算光圈的大小，”Bais说。“他必须一丝不苟。”
他发现了一些令人不安的结果。沙门氏菌菌株重新打开了气孔。
“现在我们有一种人类病原体试图做植物病原体做的事情，”Bais说。“这是可怕的。”
Bais说，如果这种情况发生在“垂直”农场，那就特别可怕了。在“垂直”农场，植物是用水培法垂直种植的。
“这些是奇妙的系统，”克奈尔说。“但是在控制水和与人的互动方面，系统需要非常小心。必须经常洗手。我与许多种植者合作，以确保他们有“干净”的间隙，并适当消毒。当你这么做的时候，你可以召回更少的产品。”
但危险是真实存在的。
“这个行业正在为此努力，”Kniel说。“他们是我见过的最有激情、最有奉献精神的人。但疫情发生。”
“即使垂直农场受到冲击，他们也不会损失一批，”Bais说。“他们失去了整个房子。”
这项合作吸收了广泛的专业知识，让研究人员从多个角度了解这个问题。
“这个项目(与Bais)有突变的沙门氏菌菌株，这允许我们从分子生物学的另一个角度，”Kniel说。“个体突变对沙门氏菌的结构和应激调节很重要。我们可以看到沙门氏菌在植物中内化的能力。当我们使用突变菌株时，我们看到了在殖民和内化能力上的巨大差异——这也是消费者经常听到的。你无法洗掉它。
“我们还可以看看有机体的哪些基因或部分可能对植物的持久性更负责——使其持续时间更长、更强。”当你想到食品安全问题时，这是非常重要的。”
研究人员提出的其他问题包括:
这些细菌在阳光下更容易死亡吗?
大量的水分或湿度能让它们生长吗?
它们与植物的相互作用有多大?
这项对美国大西洋中部地区灌溉用水的研究是与“养护”研究中心合作完成的。“养护”研究中心包括来自美国农业部和马里兰大学的研究人员。
她说:“我们正在关注种植者从哪里获得水，以及他们如何确保水的微生物安全。”
有些水被用于清洗其他作物后被回收利用。有些来自水道和池塘。研究小组在两年的时间里采集了一系列样本，检测沙门氏菌、李斯特菌、大肠杆菌、病毒和原生动物。
克奈尔说:“水已经在多次暴发中被证明是一种潜在的污染风险。”这篇论文很重要，因为它识别了池塘、河流和再生水的风险，也讨论了种植者可以做什么以及如何处理水。只要成本效益高、可靠，而且能用于新鲜农产品，许多种植者都乐于使用这种技术。”
