Ein Blick in die Pestizidfabrik der Natur
Nach Angaben der Welternährungsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) lebt etwa ein Drittel der Weltbevölkerung von der Landwirtschaft. Diese Aufgabe wird durch Schadinsekten erschwert, die jedes Jahr Ernten im Wert von mehreren Milliarden Euro vernichten. Chemische Pestizide, die Hauptwaffe gegen diese Eindringlinge, sind jedoch nicht ökologisch nachhaltig. Glücklicherweise hält die Natur eine umweltfreundliche Lösung in Form von Fadenwürmern bereit, die Insekten töten. Der als Heterorhabditis bezeichnete entomopathogene Nematode (EPN) ist im Handel erhältlich und wird häufig zur Bekämpfung von Schadinsekten eingesetzt. Er kann jedoch seine Wirksamkeit durch lange Lagerung verlieren, noch bevor er zum Einsatz kommt. Unterstützt durch das Marie-Curie-Programm haben die Forscher des Projekts STEPN-UP einen Signalweg gefunden, der für die Aufrechterhaltung entomopathogener Eigenschaften von entscheidender Bedeutung ist und dazu beitragen kann, die Lebensdauer zu erhalten oder zu verlängern. Gemeinsam auf der Lauer Heterorhabditis ist ein Holobiont, ein Organismus, der durch die Aufnahme verschiedener Symbionten ein kleines Ökosystem erschafft. In diesem Fall ist der „Gast“ ein Bakterium namens Photorhabdus. „Photorhabdus besiedelt den Darm des Nematoden, wenn sich dieser in einem speziellen Entwicklungsstadium befindet, auch Dauerlarvenstadium genannt, und diese besiedelten Dauerlarven sind tatsächlich im Handel als fertiges Produkt erhältlich“, erklärt Projektkoordinator David Clarke. Die Dauerlarven dringen dabei in die Insektenlarven ein, erbrechen die Bakterien und töten damit die Insekten. Anschließend ernährt sich der Nematode von ihren sich zersetzenden Körpern. Die Dauerlarven können über mehrere Monate ohne Nahrung lebensfähig bleiben. Allerdings ist es genauso wichtig, dass auch die Darmbakterien überleben. Davon hängt im Wesentlichen die „Haltbarkeit“ dieses speziellen Produkts ab. Es ist jedoch nur sehr wenig darüber bekannt, wie die Bakteriensymbionten unversehrt am Leben erhalten werden können. Tödliche Bakterien am Leben erhalten Aufgrund der Hypothese, dass der entomopathogene Nematode die Bakterien ernährt, begannen die Forscher in der RNS nach Hinweisen auf einen aktiven Nährstoffaustausch zwischen den beiden Organismen zu suchen. Sie untersuchten die Transkriptionsprofile von mit Bakterien besiedelten Dauerlarven und verglichen sie mit denen ohne Bakterien. Überraschenderweise gab es keine Anzeichen für einen Austausch. Also wandte sich Clarkes Team, zu dem auch die Marie-Curie-Stipendiatin Dr. Dana Blackburn gehörte, als nächstes den Bakterien zu. Clarke ergänzt: „Mit einem gezielten genetischen Ansatz haben wir in Photorhabdus einen Signalweg ermittelt, der für die Persistenz der Bakterien im Nematode erforderlich ist.“ Es stellte sich heraus, dass der sogenannte Cpx-Weg, der aufgrund eines anderen Darmbakteriums, Escherichia coli oder E. coli, bereits gut erforscht ist, aktiv sein muss, damit Photorhabdus in seinem Wirt lebensfähig bleibt. Die Entdeckung von STEPN-UP hat erhebliche Auswirkungen auf die Haltbarkeit des natürlichen Pestizids Heterorhabditis. Zukünftige Forschung könnte auch zu einer verbesserten Ernährungssicherheit für eine wachsende Bevölkerung führen. Da gezeigt wurde, dass die menschliche Darmflora eine Reihe kleiner Moleküle produziert, die unsere Immunentwicklung beeinflussen, könnten die Ergebnisse unser Verständnis der menschlichen Gesundheit und Krankheit verändern.
Schlüsselbegriffe
STEPN-UP, Bakterien, Insekt, Darm, Dauerlarven, Pestizid, Landwirtschaft, EPN, Nematode, Photorhabdus, Lebensdauer, Haltbarkeit, Heterorhabditis, Signalweg, Schädlinge, entomopathogen, Symbionten, Fadenwürmer