Hygiene: plant viruses and COVID-19

Based on the philosophy; avoiding plant disease is better than control, PQS develops best practices in horticulture with focus on hygiene. With the recent human virus outbreak of COVID-19, questions raise if the products used in the horticulture is doing its work for human viruses too. In this post, I would like to give insight of the differences between plant and human viruses but also how different disinfectants interact or may interact with viruses.

Plant viruses and human or animal viruses have a similar construction. They consist of a DNA or RNA particle (a genetic code) surrounded by a protein mass; the capsid protein structure. The biggest difference of plant and human-viruses are their pathways of how to infect organisms. No plant pathogen has been found to infect humans (means multiplication in human cells) and cause disease and vice versa. No human virus has been able to infect a plant.

Plant viruses always need a vector to enter the plant cell. The DNA of the plant virus code for cellulase, the predominant component of cell walls. But let us first look at CoVID-19 (as far as we know the disease by now).

The COVID-19 has a lipid membrane around its DNA particle and protein sheet. This enables the virus to melt with the fatty acids in the human cells. This frees up the virus to penetrate the human cell and start multiplying. In fact, the virus “orders” the human cell to make more of itself. By doing so, the human cell will eventually collapse when full of new virus particles enabling to spread within the body. How exactly is being investigated; we still have a lot to learn about this new virus. Let’s go back to plant viruses….

Plant viruses are brought in the plant tissue by insects puncturing the plant cell. This can also be done by nematodes, fungi or by activities of humans. Examples of human introduction: accidentally breaking branches, leaf-hairs or on purpose when modulating the plant. It requires contact with an infected plant first before being able to transmit it to the growing crops. One of the new tomato viruses, Tomato Brown Rugose Fruit Virus or ToBRFV in short,  is one of the typically human transmitted viruses. And by the way, tomato leaves have plenty of leaf hairs that readily break off even when just walking the crop. The further development of the virus in the plant is approximately the same. The plant virus induces the plant cell to make more of itself. The plant sap stream brings virus particles throughout the plant.

Now is the question, do both types share the same efficacy towards disinfectants? The answer is both yes and no. Mechanisms to control viruses are indeed the same, however, differences in efficacy exists. Generally speaking, we need to have more aggressive disinfectants for plant viruses. Plants have substances that are alike disinfecting agents. Just think of vitamin C, a product made by plants, effective for flu but does not do anything with plant viruses.

First step for both types is to wash hands. For the COVID-19, a nice animation has been made of how the soap connects to the fatty acid membrane of the virus and disintegrates1. The purpose of hand washing for plant pathogens is to wash off any plant sap of other plants and therefore avoiding introduction of plant viruses into a greenhouse.

But, what about disinfecting agents? There is fairly recent work done on the effect of disinfectants of a bacteriophage (= a virus that infects bacteria), that demonstrated that different strains of the virus were more affected by disinfectants than others2. A good example is the control of COVID-19, the WHO recommended to use a hand sanitizer, when no water and soap is available. The 70% ethanol is enough to control the virus, but not plant virus es like ToBRFV. This is most likely due to the fatty acids surrounding COVID-19. Disinfectants that demolishes the capsid protein structure or products that damages the genetic code will work for both plant as well as human viruses. However, there may be need in a different concentration or time of exposing the virus to the disinfectant to be working properly. In my working life, I have been largely involved in experimenting different time*dose responses when exposing plant viruses. Products like quaternary ammonium, chlorine, hydrogen peroxide at various concentration to eradicate the pathogen from surfaces have been investigated recently for its efficacy for COVID-193. These products are also used with success in the horticulture. Although concentration of the disinfecting agents may need to be higher for plant viruses then for human viruses. And despite ethanol does not work for plant viruses, there is still benefit to use as hand sanitizer. It avoids introduction of bacterial and fungal plant pathogens.

In short: avoiding introduction of plant viruses entering the greenhouse certainly contributes to eradicating COVID-19 in surfaces. Washing of hands for both plant virus as well as human virus remains key.

For further reading:

  1. A nice animated gif on the mode of action of soap can be found in the link below. It demonstrated very simple of how soap connect to the virus particle and disintegrates. It makes it difficult for the virus to attach itself to the human cell: https://www.vox.com/science-and-health/2020/3/11/21173187/coronavirus-covid-19-hand-washing-sanitizer-compared-soap-is-dope
  2. Wigginton et al, 2012. Virus Inactivation Mechanisms: Impact of Disinfectants on Virus Function and Structural Integrity. Environmental Science & technology 2012; 46: 12069-12078.
  3. Kampf et al 2002. Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of Hospital Infection 104 (2020) 246-251.

Waardplanten ToBRFV

De Tobamovirussen TMV en ToMV hebben een grote waardplantenreeks, maar hoe zit dat nu bij ToBRFV? Heeft die net als de andere ook een grote waardreeks? Omdat het virus pas recent is ontdekt, is nog niet alles bekend. Echter de gebruikelijke planten zoals tabaksplanten (als toetsplant), andere groentengewassen van de Solanaceae en Petunia zijn onderzocht of deze symptomen danwel drager van het virus zouden kunnen zijn.

Tabaksplanten laten in meer of mindere mate symptomen zien. Wanneer plantsap wordt gecontroleerd op bijvoorbeeld Nicotiana tabaci cv occidentalis, laat deze vlekkerigheid of mottling zien. N.benthamiana vertoont necrotische plekjes 4 tot 7 dagen na infectie waarna de gehele plant in elkaar kan zakken.

Paprika is ook gevoelig voor dit virus maar laat geen symptomen zien; dat wil zeggen, natoetsing met Elisa gaven positieve uitslagen. Bij Petunia en Solanum nigrum (zwarte nachtschade) is dat identiek; geen symptomen, maar wel een positieve Elisa. Symptoomloze planten zijn daarom des te gevaarlijker, ze kunnen het virus overdragen naar de gevoelige tomaat.

Aubergine, aardappel en Datura zijn ook geïnfecteerd maar lijken niet vatbaar te zijn; dat wil zeggen: geen symptomen en kan ook niet worden aangetoond in de Elisa.

Naarmate er meer soorten worden getoetst, zullen we meer te weten komen of er nog meer planten aan de lijst moeten worden toegevoegd. De lijst voor tomatenmozaïekvirus is eveneens verder uitgebreid naar vele bloemgewassen.

Er is recent een rapport van de WUR gepubliceerd waarbij datzelfde onderzoek is aangehaald. Daar wordt verder ingegaan op de hygiene en zaadgezondheid met betrekking tot ToBRFV:

https://www.tuinbouwalert.nl/content/docs/Dossiers/ToBRFV/190323_15138.32_Rapport_WUR_Consultancy_verslag_ToBRFV.pdf

Helpt ultrasonificatie voor bestrijding virus?

Subtitel: Helpt schreeuwen tegen plantenvirussen, en dan specifiek ToBRFV?

Wat is er te doen tegen Tomato Brown Rugose Fruit virus (ToBRFV). In een recente advertentie zag ik een reclame getiteld “STOP ToBRFV”. Dat triggerde me om eens wat dieper in de materie te duiken. Helpt ultrasound of geluid tegen virussen? En dan wel plantenvirussen te verstaan. Plantenvirussen zijn nou eenmaal wat hardnekkiger te doden dan humaan virussen.

ToBRFV behoort tot de groep Tobamo virussen. Daar valt naast Tabaks mozaiek virus (TMV) ook Tomaten mozaiek virus (ToMV) onder. En er zijn er nog meer. Tobamo virussen TMV en ToMV hebben een grote waardplantenreeks, dat wil zeggen tasten vele plantensoorten aan. De eerste golf van tobamovirussen dateert uit de jaren ’50 en ’60 van de vorige eeuw. TMV is een van de redenen dat er in Nederland geen tabaksteelt meer te vinden is. Ook de tomaten kregen er behoorlijk last van. De huidige rassen tomaat en paprika zijn resistent gemaakt tegen deze virussen. Bij paprika helpt dat ook tegen ToBRFV, bij tomaat helaas niet. Er wordt gewerkt naar resistentie maar dat duurt nog even voor de eerste rassen op de markt zijn. Sinds November 2019, is het virus op de quarantaine lijst geplaatst met het doel deze uit te roeien. Maar hoe doe je dat?

Elke suggestie om virus te kunnen af doden is daarom een welkom idee. Dus reden om uit te zoeken of ultrasound helpt virus te doden. Via de website heb ik de studie gevonden waarop deze bewering gebaseerd was. Het ging over caviatie. Daarin werd een referentie gemaakt naar een onderzoek gedaan in 1951. Die dus ook opgezocht. Via geluidsgolven en met voldoende energie is destijds geconstateerd dat Tabaksmozaiekvirus in stukjes werd opgedeeld. Dat vergde een blootstelling van 3,5 min bij 7Mc waarbij de temperatuur opliep tot 65°C. Inoculatie leidde tot een significante reductie van infectie. Een wat later onderzoek liet zien dat de stukjes nog steeds eenzelfde antiserum opleverde (1955). Of dat betekent dat het virus hersteld is, was met de kennis en de technieken van toen niet te achterhalen. Verder graven in de literatuur naar andere virussen, is er slechts naar 2 andere plantenvirussen gekeken: Turnip moziekvirus en Aardappel virus X. PVX bleek bij een lage dosering infectiever te zijn, terwijl beide virussen pas na 2.5 min bijna niet meer infectieus waren. Echt onomstotelijk bewijs dat virussen kapot gemaakt worden met ultrasound is er niet. De methode wordt op dit moment gebruikt in laboratoria om virussen los te krijgen uit cellen. En de techniek wordt toegepast in ziekenhuizen bij schoon maken van instrumenten. Nu blijft de vraag werkt het nu wel of niet voor ToBRFV?

Kort gezegd, we weten het niet. Het zou best kunnen zijn dat bij voldoende hoge dosering en voldoende blootstelling, ultrasoon geluid helpt. Bewijs is er echter nog niet. Bovendien zitten plantenvirusdeeltjes ín plantencellen; de cellen zijn wel kapot te krijgen, maar dat zou betekenen dat er juist meer virus in oplossing zit. Dat zou zelfs tot meer infectie kunnen leiden. Maar, er is een heel duidelijke maar, omdat de deeltjes dan in oplossing zijn, zijn ze daardoor wel makkelijker te bereiken voor desinfectiemiddelen. Ook ultrasound is helaas geen one-stop-shop. Aanvullende maatregelen zullen altijd genomen moeten worden.