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VIROME NGS ANALYSIS OF PESTS AND PATHOGENS FOR PLANT PROTECTION

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Viren als Maßnahme gegen Pflanzenkrankheiten

Die Verwendung von Viren als biologische Mittel zur Bekämpfung von Bakterien, Pilzen und Insekten, die Pflanzen schaden, könnte unsere Abhängigkeit von Chemikalien senken und einer neuen Pestizidgeneration den Weg bereiten.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Die meisten Menschen sehen Viren als Gefahr und Bedrohung. Schließlich verursachen sie Krankheiten, wie uns spätestens durch die COVID-19-Pandemie schmerzlich vor Augen geführt wurde. Tatsächlich sind die meisten Virenarten jedoch völlig harmlos und können sogar nützlich sein. In vielen Ökosystemen spielen sie eine wichtige Rolle. Es gibt zum Beispiel ein Virus, das gegen Kastanienrindenkrebs vorgeht, eine Pilzkrankheit, die Kastanien befällt. Das für den Baum harmlose Virus wirkt wie eine Art natürliches Pflanzenschutzmittel, indem es die Fähigkeit des Pilzes hemmt, die Krankheit auszulösen. „Ich bin Pflanzenvirologe und fragte mich, ob man Viren wohl in der Landwirtschaft gewinnbringend einsetzen könnte“, erklärt der Projektkoordinator von VIROPLANT Massimo Turina vom the Nationalen Forschungsrat Italiens. „Die Verwendung von Chemikalien ist nicht nachhaltig, insbesondere in stärker verstädterten Gebieten, und Antibiotika dürfen nicht gegen Bakterien eingesetzt werden, da die Gefahr besteht, dass diese dadurch Resistenzen entwickeln. Der EU ist außerdem daran gelegen, die Verwendung von Kupfer auslaufen zu lassen. Daher ist es wichtig, dass wir neue Ansätze für den Pflanzenschutz finden.“

Analysen ökologischer Nischen

Das Ziel des Projekts VIROPLANT bestand daher darin, das Potenzial neuer biologischer Bekämpfungsmittel auszuloten, die auf Viren basieren und gegen Bakterien, Pilze und schädliche Insekten vorgehen. Turina merkt an, dass es in der EU bislang erst fünf biologische Pflanzenschutzmittel auf Virusbasis gibt, die Insekten bekämpfen. „Mithilfe neuer Sequenzierungsverfahren mit hohem Durchsatz wurde bereits viel Arbeit in Bezug auf die ökologische Funktion von Viren in der Meeresumwelt verrichtet“, so Turina. „Wir wollten diesen Ansatz auf andere ökologische Nischen anwenden.“ Zu diesem Zweck betrachteten Turina und sein Team Schädigungen an den Blättern angegriffener Pflanzen. Beispielsweise wurden bakterielle Erkrankungen, die Kiwis, Bohnen, Tomaten und Gurken angreifen, im Rahmen des Projekts untersucht. Auch schädliche Insekten, die Viren und Phytoplasmen auf wichtige Feldfrüchte wie Reben, Paprika und Zwiebeln übertragen, wurden ebenfalls betrachtet. Das Team sammelte auch Proben Falschen und Echten Mehltaus. Diese wurden im Labor mithilfe von Gensequenzierungstechnologie analysiert. So konnte das Team die genetische Zusammensetzung einer konkreten ökologischen Nische charakterisieren und nach Viren suchen, die als biologische Bekämpfungsmittel geeignet wären. Vielversprechende Kandidaten wurden dann in Studien erprobt.

Neue Ära des biologischen Pflanzenschutzes

„Wir konnten die Genome tausender Viren im Detail beschreiben, indem wir Bakterien, Pilze und Insekten betrachteten“, fügt Turina hinzu. „Wir fanden viele Kandidaten, die gegen konkrete Krankheiten verwendet werden und eines Tages in massentauglichen Produkten zu Anwendung kommen könnten.“ Die Ergebnisse könnten auch Einfluss auf die Humanmedizin haben. Es besteht ein steigendes Interesse an diesen Bakteriophagen – Viren, die Bakterien angreifen – als tragfähige Alternative zu Antibiotika. „Im weiteren Verlauf wird es wesentlich sein, für soziale Akzeptanz gegenüber biologischen Bekämpfungsmitteln auf Virusbasis zu sorgen“, merkt er an. „Wir müssen ebenso ihr kommerzielles Potenzial unter die Lupe nehmen und auf einen einfacheren Rechtsrahmen hinarbeiten.“ Turina weist darauf hin, dass solche biologischen Pflanzenschutzmittel mit denselben bürokratischen Hürden verbunden sind wie chemische Pestizide. In dieser Hinsicht muss seines Erachtens nach Abhilfe geschaffen werden. Zu guter Letzt konnte sein Team auch noch bisher unbekannte Virusarten nachweisen. „Wir fanden Exemplare, die fehlende Verbindungsstücke in der viralen Evolution sein könnten“, erzählt er. „Das ist aus der Perspektive der Grundlagenwissenschaft äußerst spannend. Dieser Fund könnte im Rahmen weiterer Forschungsbemühungen Forschende dabei unterstützen, den Ursprung und die Entwicklung von Viren besser nachzuvollziehen.“

Schlüsselbegriffe

VIROPLANT, Bakterien, biologischer Pflanzenschutz, Pilze, Virus, Krankheit, Antibiotika, Ökosysteme

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27 Februar 2020