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Novel biocontrol agents for insect pests from neuroendocrinology

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Peptidbasierte, äußerst selektive und umweltfreundliche Schädlingsbekämpfung

Eine multidisziplinäre EU-Forschergruppe hat völlig neue Klassen von Biopestiziden, die auf Peptidhormonen von Insekten basieren, entwickelt und getestet. Diese senken die durch den Pestizideinsatz verursachten Gesundheitsrisiken für den Menschen und sind weder für die Umwelt noch für Nutzinsekten schädlich, womit sie auf nachhaltige Art und Weise Schutz für Kulturpflanzen bieten.

Klimawandel und Umwelt
Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Um sicherzustellen, dass die wachsende menschliche Bevölkerung mit Lebensmitteln versorgt werden kann, ist es nötig, eine hohe landwirtschaftliche Produktivität beizubehalten. Der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen zufolge gehen derzeit etwa 20-40 % der weltweiten Erträge infolge von Insektenbefall verloren. Es ist zu erwarten, dass der Klimawandel die Situation noch verschlimmern wird. Insektizide werden zur Bekämpfung von Schädlingen und zur Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit eingesetzt. Die Lösung besteht allerdings nicht darin, einfach alle Insekten zu beseitigen, denn diese spielen eine Schlüsselrolle bei der Bestäubung von Kulturpflanzen. Ein Problem liegt auch in der Resistenz gegen Insektizide, die bisher für jedes bedeutende Schädlingsbekämpfungsmittel festgestellt wurde. Überdies werden einige der meistverwendeten Insektizide aufgrund einer Verschärfung der Rechtsvorschriften mit Einschränkungen versehen oder vom Markt genommen. Daher besteht ein Bedarf an „grüneren“, selektiveren Insektiziden, gegen die Schädlinge nicht resistent sind. Das Projekt nEUROSTRESSPEP begegnete dieser Herausforderung mit der Entwicklung neuer kleiner „Proteinmimetika“, die über eine ähnliche Wirkung wie Peptidhormone von Insekten verfügen und auf die Überlebensfähigkeit der Insekten Einfluss nehmen. „Sie können als neue Klassen umweltfreundlicher Schädlingsbekämpfungsmittel hergestellt werden, die auf spezielle Gruppen von Insekten abzielen, gleichzeitig Nutzinsekten schützen und keine Resistenz bei den Insekten hervorrufen“, erläutert Projektkoordinatorin Shireen Davies. Das aus 14 Partnern bestehende Konsortium deckte das gesamte Spektrum vom Forschungslabor bis zum Feldtest ab, beteiligt waren Expertinnen und Experten aus den Fachbereichen Ökologie, Entomologie, Biochemie, Chemie, Neurowissenschaft und Physiologie sowie Wirtschaftsunternehmen und Fachkräfte für translationale Forschung. Zudem erwies sich der akademisch-industrielle Rahmen als förderlich für die Wettbewerbsfähigkeit der Europäischen Forschung und erleichterte den Aufbau von Kooperationen zwischen Mitgliedern des Konsortiums und weiteren Interessengruppen.

Nachahmung von Neuropeptiden der Insekten

Genau wie Menschen steuern Insekten Prozesse in ihrem Körper über eine bestimmte Anzahl an Peptiden, die in ihrem Blut zirkulieren, ihre Peptide können sich allerdings stark von den unsrigen unterscheiden. Viele dieser Peptide enthalten kurze Aminosäureketten, die Neuropeptide genannt werden, jedoch nutzen nicht alle Insekten die gleichen Signale. Daher durchsuchte nEUROSTRESSPEP systematisch umfangreiche Genomdatensätze von Insekten mit dem Ziel, Neuropeptide zu finden, die unter landwirtschaftlichen Schädlingen verbreitete, jedoch nicht bei Nutzinsekten, wie Honigbienen, vorkommende Merkmale aufwiesen. Diese bildeten die Grundlage für die Gestaltung neuer Peptide, die eine ähnliche Struktur wie jene Hormone haben. Die Projektpartner trugen mehr als 6 000 Peptidsequenzen von über 97 % der Insektenarten zusammen, um Ordnungs- und Artenspezifität von Neuropeptiden zu ermitteln und bauten die neue, öffentlich zugängliche Datenbank für die Forschung an Neuropeptiden von Insekten (database for insect neuropeptide research – DINeR) auf. Sie setzten ebenso hochmoderne „Omik“-Technologien ein, um vollständig und genau alle bioaktiven Neuropeptide bei Schädlingen, Nutzinsekten und invasiven gebietsfremden Insektenarten im Voraus zu erkennen und zu identifizieren. Darüber hinaus führte die Forschungsgruppe an 20 Insektenarten eine Reihe funktioneller Studien durch, dazu zählte auch die Beeinflussung der Genexpression von Neuropeptiden bei mehreren Neuropeptidfamilien. Hiermit erbrachte man den Beweis dafür, dass sich bestimmte Neuropeptide hervorragend als arten- bzw. ordnungsspezifische biologische Schädlingsbekämpfungsmittel eignen. „Das Forschungsteam hat überdies mehr als 150 Neuropeptidanaloga konzipiert, synthetisiert und auf ihre Fähigkeit, die Überlebensfähigkeit der Insekten einzuschränken, getestet. Während der Tests wurden die selektivsten und bioaktivsten Analoga bestimmt“, erklärt Davies.

Vielfältige Vorteile für Interessengruppen

nEUROSTRESSPEP hat eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit zur Schädlingsbekämpfung eröffnet, bei der die Gesundheit der Bevölkerung nicht gefährdet und begrenzte natürliche Ressourcen wirksamer geschont werden. Dies trägt zu einer Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität bei und verbessert die Lebensmittelqualität, was auch die Lebensmittelsicherheit garantiert. Die Projektgruppe wird die innovative Technologie der gesamten Agrar- und Lebensmittelkette vorstellen, der Erzeuger sowie Hersteller, Agrochemie-Unternehmen, die Wissenschaftsgemeinde, Verbrauchergruppen, Nichtregierungsorganisationen, Aufsichtsbehörden sowie die Medien angehören. Damit ist für die maximale Ausschöpfung der Ergebnisse und Vorteile, die aus diesem Projekt zu ziehen sind, gesorgt.

Schlüsselbegriffe

nEUROSTRESSPEP, Peptide, Insektizid, Schädlinge, Bienen, Lebensmittelsicherheit, Genexpression

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