Besitzen Pflanzen ein Mikrobiom?
Unser Körper beherbergt Billionen unsichtbarer Mikroorganismen, darunter Bakterien, Pilze, Viren und winzige Tiere. Diese leben auf unserer Haut, in unserem Mund und sogar in unseren Zellen, wo sie auf vielfältige Weise zu unserer Gesundheit und unserem Wohlbefinden beitragen können. In unserem Darm beispielsweise helfen Bakterien dabei, potenziell giftige Nahrungsbestandteile abzubauen und die von uns benötigten Vitamine zu synthetisieren. „Das ist das Mikrobiom,“ erklärt Marie Skłodowska-Curie-Stipendiatin Tania Galindo von der ETH Zürich in der Schweiz. Sie fügt hinzu, dass sie soeben von einer Konferenz in Wien zurückgekehrt ist, „wo in verschiedenen Vorträgen wiederholt darauf hingewiesen wurde, dass es in unserem Körper mehr mikrobielle Zellen als menschliche Zellen gibt.“ Aber der Mensch ist nicht das einzige Wesen, das ein eigenes Ökosystem besitzt. Seit den Anfängen der Landwirtschaft wissen landwirtschaftliche Betriebe, dass sich Krankheiten von Blättern oder Früchten der einen Pflanze auf andere Pflanzen übertragen können. Offensichtlich spielt hier eine infektiöse Kraft mit, die sich auf ihre Erträge und ihren Lebensunterhalt auswirkt. Um mehr über das pflanzliche Mikrobiom zu erfahren, setzten Forschende dieselben Methoden ein, die auch in der klinischen Mikrobiologie des Menschen verwendet werden, um infektiöse Organismen zu isolieren und zu charakterisieren und so Pflanzenkrankheiten zu identifizieren und zu diagnostizieren.
Wie das pflanzliche Mikrobiom die Landwirtschaft fördern kann
Heutzutage interessiert sich die Phytopathologie – die Erforschung von Pflanzenkrankheiten – sowohl für die positiven als auch für die negativen Aspekte von Mikroben. Das EU-finanzierte Projekt ROOTPHENOBIOME, an dem Galindo mitgearbeitet hat, hilft uns zu verstehen, wie die zahlreichen Mikrobenarten, die auf, um und in Pflanzen leben – also deren Mikrobiom – uns dabei helfen können, eine nachhaltigere Landwirtschaft zu betreiben. „Wir wissen, dass es Gruppen von Mikroben im Boden und auf den Blättern gibt, die Pflanzen vor Krankheiten schützen und sie dabei unterstützen, mehr natürliche Ressourcen zu erschließen“, erklärt sie. So helfen beispielsweise Bakteriengruppen im Boden wie die Aktinomyceten bei der Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe, wodurch wertvolle Nährstoffe von den Pflanzen aufgenommen werden können. „Eine weitere wichtige Gruppe von Mikroben sind die Mykorrhiza genannten Pilze“, fährt Galindo fort. „Diese im Erdreich lebenden Pilze gehen mit den Wurzeln vieler Pflanzen eine symbiotische Beziehung ein. Sie absorbieren und übertragen Nährstoffe von Stellen im Boden, die für Pflanzenwurzeln unerreichbar sind, und verdrängen Krankheitserreger.“ Die Forschung zeigt, dass Pflanzen, die diese Pilze in ihrem Mikrobiom haben, tendenziell gesünder sind. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben auch Stickstoff bindende Bakterien entdeckt, die auf und um die Wurzel herum leben und den Pflanzen helfen, mehr von diesem lebenswichtigen Nährstoff aus der Luft zu binden. Stickstoff ist ein Bestandteil des Chlorophyllmoleküls, das den Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht. Pflanzen mit Stickstoffmangel erkennt man oft an ihren vergilbenden Blättern. Galindo ist der Ansicht, dass diese Forschung dazu beitragen kann, die Landwirtschaft zu revolutionieren. Das Verständnis und die Akzeptanz der Bevölkerung für die Darmgesundheit haben beispielsweise zu einer großen Nachfrage nach probiotischen Joghurts und anderen Produkten geführt, die mit unserem Mikrobiom harmonieren. Warum sollte man dieses Prinzip nicht auch auf Nutzpflanzen anwenden? „Die Auswahl und das Management von Mikroben, die zu bestimmten Pflanzenarten passen, könnte uns dabei helfen, die Menge an Chemikalien und Pestiziden zu verringern, die wir derzeit einsetzen“, sagt Galindo. „Das ist wirklich wichtig, denn gegenwärtig schaden wir der Umwelt.“ Galindo weist darauf hin, dass landwirtschaftliche Betriebe in der Regel 150 % des Stickstoffs einsetzen, den die Pflanzen benötigen, wobei ein Großteil des Stickstoffs in die Gewässer abfließt oder von Mikroben abgebaut und als Treibhausgas freigesetzt wird, bevor die Pflanzen ihn aufnehmen können. Der Einsatz von Mikroben, die Pflanzen bei der Stickstoffbindung helfen, könnte die Ausbringung von Düngemitteln auf einem Feld erheblich reduzieren. „Wenn wir verstehen, wie Mikroben funktionieren, können wir diese Mikroben als Ergänzung oder Ersatz für Chemikalien einsetzen“, sagt sie abschließend. Hier erfahren Sie mehr über die Forschung von Tania Galindo: Forschung zum Mikrobiom von Wurzeln für nachhaltige Landwirtschaft.
Schlüsselbegriffe
ROOTPHENOBIOME, Pflanzen, Bakterien, Pilze, Viren, nachhaltige, Landwirtschaft, Mikrobiom, mikrobiell