Verstehen, wie Pathogene Kulturpflanzen infizieren
Mitte des 19. Jahrhunderts verursachte ein Erreger namens Phytophthora infestans die Kartoffelfäule, eine Krankheit, die eine Hungersnot in Irland auslöste, die Nahrungsmittelversorgung erheblich beeinträchtigte und weltweit Millionen Menschen das Leben kostete. Begebenheiten dieser Art sind jedoch nicht auf die Geschichtsbücher beschränkt. Tatsächlich sind aufgrund des Klimawandels die Ernten zunehmend Gefahren durch Krankheiten ausgesetzt, wobei bereits jetzt jährlich schätzungsweise 25 % der Ernten durch Infektionen verlorengehen. Damit sich Geschichte nicht wiederholt, arbeiten Forscherinnen und Forscher weltweit daran, besser zu verstehen, auf welche Weise Krankheitserreger Nutzpflanzen infizieren. Eine dieser Initiativen ist das EU-finanzierte Projekt PathEVome(öffnet in neuem Fenster). „Wir wissen, dass Phytophthora Virulenzproteine in Pflanzenzellen einschleust, um die Immunabwehr des Wirts zu unterdrücken und Krankheiten zu verursachen“, erläutert Projektkoordinator Paul Birch, Professor für Pflanzenwissenschaften an der Universität Dundee. „Was wir nicht ganz verstehen, ist, wie das Ganze abläuft.“ Mithilfe modernster molekularer Zellbiologie verfolgte das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) unterstützte Projektteam die Wege, auf denen Virulenzproteine von Krankheitserregern wie Phytophthora abgesondert werden, und wie sie in Pflanzenzellen aufgenommen werden. „Verstehen wir die Übertragungsmechanismen, dann können wir nach Methoden suchen oder solche erarbeiten, um die Übertragung von Virulenzproteinen zu stoppen“, fügt Birch hinzu. Virulenzproteine sind spezialisierte Moleküle, die von Krankheitserregern (wie Bakterien, Viren, Oomyceten und Pilzen) erzeugt werden und es ihnen ermöglichen, Wirte zu infizieren, die Immunabwehr zu umgehen und Krankheiten zu verursachen.
Vier Entdeckungen, wie Pathogene Pflanzen infizieren
Im Rahmen des Projekts konnten die Forschenden vier wichtige Entdeckungen verzeichnen. Erstens fanden sie heraus, dass die Phytophthora-Virulenzproteine, die in Pflanzenzellen gelangen, über einen unkonventionellen Ausgangsweg sezerniert werden, der Golgi umgeht, wo Proteine normalerweise modifiziert, sortiert und für den Transport zu ihrem Ziel verpackt werden. Die Forschenden stellten zudem fest, dass die Virulenzproteine zu diesem Zweck von Proteasen verarbeitet werden, was es ihnen gestattet, auf dem unkonventionellen Sekretionsweg geschickt zu werden. Das Projektteam entdeckte außerdem, dass Virulenzproteine in extrazelluläre Vesikel verpackt werden, um zwischen Pathogen und Pflanzenzellen übertragen zu werden, und dass sie durch Endozytose in Pflanzenzellen aufgenommen werden. „Da jede dieser Entdeckungen allgemein anwendbar ist, insbesondere auf Pilz- und Oomycetenpathogene von Pflanzen, könnten sie in neuen Chancen münden, um Infektionen zu verhindern“, schließt Birch. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, untersuchen die Forschenden gegenwärtig Methoden, um den Signalweg zu unterbrechen, über den Krankheitserreger ihre Virulenzproteine transportieren, die Funktion von Proteasen zu stören und den Weg zu blockieren, über den sie in die Zellen einer Pflanze eindringen. Fünf der Nachwuchsforschenden des Projekts arbeiten bereits daran, Fragen dieser Art zu beantworten, wobei zwei von ihnen eigene Forschungsgruppen gegründet haben.
