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Pheromones for ecologically friendly pest control in fruit orchards (EcoFruit)

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Schädlinge mit List besiegen

Soll unser Planet ernährt werden, ohne ihm zu schaden, werden dringend sichere Alternativen zu Pestiziden benötigt. Zur Lösung dieses Problems nimmt nun ein EU-finanziertes Projekt Nachtfalterpheromone unter die Lupe.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Die Verbraucherinnen und Verbraucher, die Landwirtschaftsbetriebe und die Behörden: Sie alle fordern, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren. Unter dieser Voraussetzung erscheinen Sexualpheromone, jene Chemikalien, die von Insekten auf natürliche Weise zum Anlocken paarungswilliger Individuen produziert werden, als sehr vielversprechende Option für die nachhaltige Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge. Ihre positive Wirkung beruht auf der Störung der Paarung: Durch Ausbringung geringer Sexualpheromonmengen auf Feldern oder in Obstplantagen werden die Schädlinge verwirrt und können einander nicht mehr finden, um sich zu paaren und zu vermehren. Sexualpheromone sind jedoch komplexe Moleküle, bei deren chemischer Synthese teure Chemikalien erforderlich sind und gefährliche Abfälle entstehen. Ziel des EU-finanzierten Projekts ΕcoFRUIT war, als praktikable Alternative zur chemischen Synthese die Insektenpheromone nachhaltig und kosteneffizient durch Fermentation zu produzieren. EcoFRUIT wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt. Spezieller Schwerpunkt des Projekts war das Pheromon des Apfelwicklers, das sogenannte „Codlemon“, da der Apfelwickler als lästiger Schädling im Anbau von Äpfeln, Birnen, Pflaumen und anderen Früchten gilt. Gelingt es, finanziell erschwingliches Codlemon zu produzieren, so könnte dieses in stärkerem Maße als umweltfreundliche Schädlingsbekämpfungsmethode in verschiedenen Kulturen zu Anwendung kommen. Zudem verfolgt EcoFRUIT das Ziel, die Wirksamkeit des fermentierten Codlemons im Vergleich zum synthetischen in Labor- und Apfelplantagenversuchen zu bestätigen sowie mehr Bewusstsein für Pheromone als Alternativen zu Insektiziden zu schaffen.

Wanzen belauern

Das Einzigartige an EcoFRUIT ist, dass man versucht hat, von der Natur zu lernen. Die vom Team produzierten Verbindungen gibt es bereits und werden von den Insektenarten selbst synthetisiert. Jedes Insekt nutzt ein bestimmtes Pheromon oder eine spezielle Mischung, um passende paarungswillige Individuen anzulocken und sich von den anderen Insekten zu unterscheiden. Die Insekten wurden einschließlich ihrer Genome und Transkriptome wissenschaftlich untersucht, um die Pheromonsynthesewege des jeweiligen Insekts aufzuklären. Dann kopierten die Forschenden diese in Yarrowia lipolytica, eine genetisch optimierte fettspeichernde Hefeart. Das Projekt EcoFRUIT konnte in Zusammenarbeit mit BioPhero, einem auf die Fermentation von Pheromonen spezialisierten Biotechnologieunternehmen, Erfolge bei der Entwicklung der Technologie für eine effiziente großmaßstäbliche Produktion von Pheromonen verzeichnen. Y. lipolytica ist ein gut geeigneter Wirt, da die Hefe von Natur aus hohe Mengen an für die Pheromonsynthese benötigten Vorläufersubstanzen produziert.

Rätsel lösen im Labor

Die Forschenden sind durch Steuerung des Stoffwechsels dieser Hefe in der Lage, Plattform-Hefestämme aufzubauen, die der Synthese etlicher verschiedener Pheromone dienen können, die jeweils auf unterschiedliche Insektenarten abzielen. „Das Schöne am Projekt EcoFRUIT ist, dass wir, sobald wir die Technologie für die Produktion einer Pheromonart entwickelt haben, über eine Plattform verfügen, von der aus durch Anpassung auch viele andere Pheromone produziert werden können“, erklärt Projektkoordinatorin Leonie Wenning. Obwohl der Entstehungsweg des Codlemons beim Apfelwickler relativ gut erforscht ist, erwies es sich als überraschend schwierig, dessen Biosynthese in Y. lipolytica umzusetzen. Ursache dafür waren die Unterschiede in ihrer molekularen Zusammensetzung. Eine weitere Herausforderung bestand darin, dass nicht alle Enzyme im Verlauf der Codlemonerzeugung beim Apfelwickler bekannt sind, sodass das Team viele Enzyme durchprobieren musste, um die mit der gewünschten Funktion zu finden. „Wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem wir wissen, auf welche Weise Codlemon in der Hefe Y. lipolytica synthetisiert werden kann“, schließt Wenning ihre Ausführungen. Die nächsten Schritte des Teams umfassen die Feinabstimmung von Anfang bis Ende sowie die Hochskalierung des Prozesses. Weitere Schritte werden Feldversuche zur Validierung der Wirksamkeit des Pheromons und die Erlangung behördlicher Genehmigungen sein.

Schlüsselbegriffe

EcoFRUIT, Pheromone, Codlemon, Pestizide, Paarungsstörung, Verwirrmethode, Insektenpheromone

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