Afrikas matbehov, tillsammans med sin befolkning, växer snabbt. Tre forskningsprogram frågar hur en bättre förståelse av virus, parasiter och spridning av sjukdomar kan bana väg för att förbättra jordbrukets avkastning.

Den ödmjuka kålen, allmänt föraktad av brittiska skolbarn, har funnit oväntad popularitet på en annan kontinent. Men precis som folket i Ghana har utvecklat en aptit – och en marknad – för denna lummiga gröna, så har också något annat:ett virus som bärs av bladlöss som gör att kålen vissnar och dör

Däremot, en parasit som utmärrar nötkreatur i Afrika söder om Sahara har funnits i tusentals år men fortsätter att ta ut sin rätt på vissa arter av de djur som den infekterar. Framstående revben är de vanligaste kännetecknen för trypanosomiasis – orsakad av närvaron av en listig parasit som undviker djurets immunförsvar genom att periodiskt byta dess proteinhölje.

Under tiden, bönder i Etiopien vänder sig bort från det traditionella zebu -boskapet mot raser som producerar större mängder mjölk. Som ett resultat av detta utsätter de sina besättningar – och sig själva – för ökande nivåer av tuberkulos (TB) som orsakas av intensifierad djurhållning.

Det som förbinder kål och kor är tre program som hoppas kunna koppla samman grundforskning med att förbättra jordbruksavkastningen, och på så sätt bidra till att lösa ett hotande panafrikanskt problem. Mer än hälften av den globala befolkningstillväxten mellan nu och 2050 förväntas ske i Afrika. Och fler människor innebär ett krav på mer mat.

Etiopien, till exempel, har den största boskapsbeståndet i Afrika men, med en växande befolkning och ökande urbanisering, inte ens dess 53 miljoner nötkreatur räcker till. Och nu ger ansträngningarna att intensifiera jordbruket i landet ett betydande hälsoproblem. "De nya raserna är mer sårbara än zebu för bovin tuberkulos, " förklarar professor James Wood från Cambridges avdelning för veterinärmedicin. "Detta kan ha hälsokonsekvenser för dem som arbetar med och lever tillsammans med infekterade nötkreatur, och väcker också oro för överföring till områden med tidigare låg TB."

Wood leder ett forskningsprogram på 2,9 miljoner pund, ETICOBOTS, som tittar på genomförbarheten av kontrollstrategier, inklusive nötkreatursvaccination. Programmet kombinerar partners i åtta etiopiska och brittiska institutioner, och samlar veterinärforskare, epidemiologer, genetiker, immunologer och samhällsvetare. "Vi behöver den här mixen eftersom vi inte bara frågar hur effektiva strategier kommer att vara, men också om bönderna kommer att acceptera dem, och vilka konsekvenserna blir för välstånd och välbefinnande."

Skillnaden som ökad produktivitet kan ha på jordbrukarnas försörjning går inte förlorad på en insektsexpert vid University of Ghana, Dr Ken Fening, som arbetar med ett annat livsmedelsrelaterat forskningsprojekt. Kål är inte ursprungsbefolkning på kontinenten men har blivit en viktig kassaskörd för ghanesiska bönder och en viktig inkomstkälla för handlare till marknader och hotell.

"En bra gröda kan ge pengar för att köpa gödselmedel och jordbruksutrustning, och även hjälpa till att betala för sjukvård och utbildning för familjen, " säger han. Nyligen, dock, fält av stunted, gulnar, vissnande kål, deras blad krullade och prickade med mögel, har blivit en alltför välbekant och förödande syn för bönderna i Ghana.

Från sin fältstationsbas i Kpong, Ghana, Fening har ett nära samarbete med småbrukare om strategier för skadedjursbekämpning. För två år sedan började de rapportera att en ny sjukdom angriper deras grödor. "Det verkade vara förknippat med massiva angrepp av rosa och gröna bladlöss, säger Fening, "och från mina studier av hur insekter interagerar med många olika grönsaker, Jag är bekant med vilken typ av skada de kan orsaka."

Bönder såg vanligtvis den totala förlusten av sina skördar och han insåg att förödelsen inte bara kunde orsakas av saftsugande insekter. Trots inga tidigare rapporter om virussjukdomar som påverkar kålgrödor i Ghana, symptomen antydde en viral patogen.

Med finansiering genom CAPREx-programmet, Fening började arbeta med Cambridge växtbiolog Dr John Carr. Paret samlade prover av kålväxter i Ghana som visar tecken på sjukdom, och även bladlöss på de sjuka växterna. Tillbaka i Cambridge, Fening använde screeningtekniker inklusive en typ av DNA-"fingeravtryck" för att identifiera bladlössarterna, och sofistikerade molekylärbiologiska metoder för att försöka identifiera det kränkande viruset.

"Llöss är en vanlig bärare av växtinfekterande virus, " förklarar Carr, vars forskning finansieras av Biotechnology and Biological Sciences Research Council som en del av SCPRID-initiativet på 16 miljoner pund (Sustainable Crop Production Research for International Development). "De "vanliga misstänkta" är kålrotsmosaikvirus och blomkålsmosaikvirus, som påverkar kål i Europa och USA. "

"Vi fann att två olika arter av bladlöss, rosa och grönt, fann man vanligtvis på sjuka kålar, " säger Fening. "Det visade sig att detta var den första registreringen av arten gröna bladlöss, Lipaphis erysimi (Kaltenbach), någonsin sett i Ghana." Den rosa bladlössen identifierades som Myzus persicae (Sulzer).

Vad mer, viruset var inte vad Carr förväntade sig, och nu pågår arbetet med att identifiera den skyldige. Ju tidigare det kan kännetecknas, desto snabbare kan hållbara växtskyddsstrategier utvecklas för att förhindra ytterligare spridning av sjukdomen inte bara i Ghana, men även i andra länder i regionen.

En annan forskare som hoppas att utrotningsstrategier ska bli resultatet av hennes forskningsprojekt är Dr Theresa Manful. Som Fening, hon är forskare vid University of Ghana och CAPREx-stipendiat. Hon har arbetat med Cambridge biokemist professor Mark Carrington på afrikanska djur trypanosomiasis.

Trypanosomen som orsakar sjukdomen bärs av tsetseflugan, som koloniserar stora delar av Afrika söder om Sahara. "Detta är ett stort hinder för boskapsuppfödning i Afrika, " förklarar hon. "Även om trypanosomiasis också är en sjukdom hos människor, antalet fall är lågt, och de mer allvarliga farhågorna kring sjukdomen hänför sig till den ekonomiska inverkan på jordbruksproduktionen."

Carrington har arbetat i ett kvarts sekel med parasiten som orsakar sjukdomen. Han förstår hur organismen undviker djurets immunsystem genom att byta pälsproteiner så att de förblir "osynliga".

"När du börjar arbeta med dessa parasiter är du förtjust i de molekylära mekanismerna, som vi nu vet enormt mycket om, " säger han. "Men när man sedan tittar på effekten på stora djur som kor inser man att det nästan inte finns något känt om dynamiken i en infektion, och även om en infektion som förvärvats i tidig ålder kvarstår under hela sin livstid."

Manful och Carrington började testa besättningar i Ghana. De upptäckte att flera trypanosomarter kan hittas i boskapen samtidigt och att nästan alla boskap var infekterade för det mesta.

För Manful, en av de viktiga vinsterna har varit möjligheten att utöka forskningen i Ghana:"Jag har nu ett fullt fungerande labb och kan göra DNA-extraktion och analys i Ghana – jag behöver inte ta med prover till Cambridge. Vi undervisar studenter från fem ghanesiska institutioner de diagnostiska metoderna." Hon och Carrington har nyligen finansierats genom ett Royal Society Leverhulme Trust Africa Award för att fortsätta sitt arbete.

"Jordbruket står inför allt större utmaningar, ", tillägger Carr. "Biovetenskap spelar en avgörande roll i att utveckla sätt att mildra skadedjurspåverkan och minska spridningen av parasiter.

"Vi vill se till att inte bara varje skörd blir framgångsrik, men också att det är maximalt framgångsrikt."