Wissenschaftler des Leibniz-Institutes f\u00fcr Pflanzenbiochemie (IPB) haben einen Wirkstoff entdeckt, der in Zukunft als Leitstruktur f\u00fcr die Entwicklung neuer Agrochemikalien dienen k\u00f6nnte. Die aus Pilzen isolierten Substanzen wirken stark antibiotisch gegen den Erreger der Kraut- und Knollenf\u00e4ule an Kartoffeln, Phytophthora infestans. Die Wirkstoffgruppe wurde im Herbst 2009 zum Patent angemeldet.<\/b><\/p>\n
Gegen Phytophthora infestans, den Erreger der Knollenf\u00e4ule bei Kartoffeln, ist bis heute kein Kraut gewachsen. Der Mikroorganismus geh\u00f6rt zur Klasse der Oomyceten, deren Vertreter eine \u00dcbergangsform zwischen Braunalgen und Pilzen darstellen. Phytophthora verbreitet sich \u00fcber Sporen, die mit Hilfe eines Keimschlauches in das Blattgewebe der Pflanzen eindringen. Erste Anzeichen des Phytophthora-Befalls zeigen sich an br\u00e4unlichen Flecken der Bl\u00e4tter. Im Laufe der Infektion verfaulen oder vertrocknen die Bl\u00e4tter und fallen schlie\u00dflich ab. Werden die Sporen bei Regen in den Boden gesp\u00fclt, befallen sie auch die Knollen, deren Fleisch sich blau-grau verf\u00e4rbt und ungenie\u00dfbar wird. Wenn Phytophthora in den Knollen \u00fcberwintert, kann eine einzige infizierte Knolle, die im Fr\u00fchjahr ausgebracht wird, den gesamten Kartoffelbestand vernichten.<\/p>\n
Dies geschah beispielsweise Mitte des 19. Jahrhunderts in Irland, als der Erreger \u00fcber mehrere Jahre hinweg die Kartoffelernte zerst\u00f6rte und damit eine Hungersnot ausl\u00f6ste, in deren Konsequenz etwa eine Millionen Iren starben und weitere zwei Millionen nach Amerika auswanderten. Heute versucht man dem Krankheitserreger mit verschiedenen antimikrobiellen, pilzabt\u00f6tenden Wirkstoffen (Fungiziden) zu begegnen. Da der Oomycet jedoch nur wenige Eigenschaften von Pilzen aufweist und den Braunalgen n\u00e4her verwandt ist, ist seine Bek\u00e4mpfung mit Antipilzmitteln wenig effizient. Deren Wirkung wird in der Regel schnell umgangen, indem der Erreger entsprechende Resistenzmechanismen entwickelt. So sorgt Phytophthora noch immer f\u00fcr weltweite Ernteeinbu\u00dfen von etwa 20 Prozent.<\/p>\n
Jetzt wurde am IPB unter Leitung von Dr. Norbert Arnold eine Substanz in H\u00f6heren Pilzen entdeckt, die den Erreger bereits in sehr niedrigen Konzentrationen abt\u00f6tet. Die Produzenten des Wirkstoffes, die sogenannten Schnecklinge, sind in heimischen W\u00e4ldern, wie zum Beispiel dem Harz, h\u00e4ufig zu finden. “W\u00e4hrend meiner vielen Pilzexkursionen ist mir aufgefallen, dass Schnecklinge fast nie von Krankheitserregern oder Parasiten zersetzt werden”, erz\u00e4hlt der Leiter der AG Naturstoffe. Deshalb hat Arnold vor \u00fcber zehn Jahren angefangen, Schnecklinge zu sammeln und deren Inhaltsstoffe zu analysieren.<\/p>\n
Das Ergebnis war vielversprechend. Die Biotests ergaben, dass Schnecklinge eine Vielzahl von antibiotischen Substanzen produzieren, die gegen Bakterien und parasitische Pilze aktiv sind. Die j\u00fcngst gefundenen Naturstoffe geh\u00f6ren zur Gruppe der Oxocrotonatfetts\u00e4uren und wirken gegen Oomyceten, zu denen Phytophthora geh\u00f6rt. Den Befunden zufolge, hemmen die Wirkstoffe in starkem Ma\u00dfe die Sporenkeimung aber auch das Myzelwachstum des Erregers. Dies wurde zun\u00e4chst im Reagenzglas und sp\u00e4ter auch an Pflanzen demonstriert. So wiesen Kartoffelpflanzen, deren Bl\u00e4tter man mit einer bestimmten Menge an Oxocrotonatfetts\u00e4uren spritzte und anschlie\u00dfend mit Sporen von Phytophthora infizierte, keinerlei Krankheitszeichen der Kraut- und Knollenf\u00e4ule auf. Auf die Pflanzen selbst hatte der Wirkstoff, auch in hohen Konzentrationen appliziert, keinen negativen Effekt.<\/p>\n
Deshalb ist diese Stoffgruppe f\u00fcr die Entwicklung neuer Agrochemikalien zur Bek\u00e4mpfung der Kraut- und Knollenf\u00e4ule besonders interessant. Durch die Synthese von modifizierten Derivaten des Naturstoffes erhofft man sich, neue Substanzen zu finden, die noch effizienter wirken als ihre nat\u00fcrlichen Vorbilder. Interessant und noch zu beantworten ist auch die Frage nach dem Wirkprinzip der Oxocrotonatfetts\u00e4uren. Da Pilze in der Regel nicht von Phytophthora befallen werden, vermutet man, dass die Stoffgruppe unspezifisch gegen eine Vielzahl von Mikroorganismen wirkt. Erste Untersuchungen best\u00e4tigen das: So wirken Oxocrotonatfetts\u00e4uren auch gegen Colletotrichum coccodes, den Erreger der Welkekrankheit bei Kartoffeln. Im Gegensatz zu Phytophthora geh\u00f6rt Colletotrichum jedoch nicht zu den Oomyceten, sondern zu den mikrobiellen Pilzen.<\/p>\n
Die Suche nach biologisch aktiven Wirkstoffen in Pflanzen und Pilzen ist ein wichtiger Forschungsbereich der Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie des IPB. Besonders Pilze erweisen sich dabei als lohnenswerte Objekte, denn diese Organismen sind im Vergleich zu Pflanzen kaum untersucht. Bisher kennt man etwa 70.000 Pilzarten. Sch\u00e4tzungen zufolge gibt es jedoch \u00fcber eine Millionen weitere noch unentdeckte Arten. Zudem sind Pilze f\u00fcr ihre enorme Produktion an Giftstoffen bekannt. Die Ursache liegt m\u00f6glicherweise an der gro\u00dfen Empfindlichkeit des Pilzgewebes. Pflanzen wehren sich gegen Fra\u00dffeinde, indem sie Schutzschichten, wie z.B. die Rinde oder eine feste Cuticula an den Blattoberfl\u00e4chen ausbilden. Zus\u00e4tzlich produzieren sie chemische Abwehrstoffe gegen Parasiten und Krankheitserreger. Bei Pilzen hingegen sind diese mechanischen Barrieren gegen hungrige Invasoren kaum vorhanden. Deshalb wehren sie sich, mehr noch als Pflanzen, auf chemischem Wege, indem sie Stoffe produzieren, die den arglosen Essern nicht schmecken oder giftig sind. Auch f\u00fcr den Menschen ungiftige Pilze enthalten oft wirksame Substanzen gegen Bakterien und andere Pilze.<\/p>\n
Wie aber kommt man \u00fcberhaupt dazu, Pilze nach einem Wirkstoff gegen einen Erreger von Pflanzenkrankheiten zu durchforsten? Die Antwort liegt in den sich \u00fcberlappenden Aktionsradien verschiedener Expertenkreise am IPB. W\u00e4hrend die Chemiker Pflanzen und Pilze nach allen m\u00f6glichen biologisch aktiven Wirkstoffen durchforsten, besch\u00e4ftigen sich die Biologen der Abteilung Stress- und Entwicklungsbiologie intensiv mit den Ursachen von Pflanzenkrankheiten. So erforschen die Wissenschaftler unter Leitung von Dr. Sabine Rosahl die molekularen Entstehungsmechanismen der Kraut- und Knollenf\u00e4ule. Hier geht man u.a. der Frage nach, auf welchem Wege der Erreger die Kartoffeln krank macht und wie sich dessen Wirtspflanzen dagegen wehren.<\/p>\n
Nach einem Wirkstoff gegen Phytophthora au\u00dferhalb der Pflanzen w\u00fcrde man bei der Bearbeitung dieser Fragestellungen nicht explizit suchen. “Aber: Wir hatten die Erreger und ihre Wirtspflanzen und auch die Erfahrung und das ben\u00f6tigte Equipment, um beide Organismen zu untersuchen”, konstatiert Frau Rosahl. “Und im Labor nebenan suchten die Chemiker nach biologisch aktiven Substanzen. Also lag es nahe, die isolierten Naturstoffe auf ihre Wirkung auf Phytophthora zu \u00fcberpr\u00fcfen.” Der Blick \u00fcber die Grenzen der eigenen Laborbank brachte den erw\u00fcnschten Erfolg, der j\u00fcngst im Journal of Agricultural and Food Chemistry (J. Agric. Food Chem. 2009, 57, 9607-9612) publiziert wurde. Dieser interdisziplin\u00e4re Ansatz, das Spezialwissen aus verschiedenen Richtungen unter einem Dach zu vereinen, ist seit seiner Gr\u00fcndung ein Markenzeichen des IPB und sorgt bis heute f\u00fcr beachtliche Ergebnisse von internationalem Rang.<\/p>\n
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Die aus Schnecklingen isolierte Oxocrotonatfetts\u00e4ure wurde auf Kartoffelbl\u00e4tter aufgespr\u00fcht (rechts), welche anschlie\u00dfend mit Sporen des Erregers der Kraut- und Knollenf\u00e4ule infiziert wurden. Unbehandelte Kartoffelbl\u00e4tter zeigen nach der Infektion deutliche Krankheitszeichen (links), w\u00e4hrend die behandelten gesund erscheinen. (© IPB)
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