Wissenswertes aus Köln

Erforschung des Mikrobioms

Pilz setzt das Immunsystem von Pflanzen außer Kraft

Ein Team von Biologen hat gezeigt, dass Verticillium dahliae, ein pathogener Pilz verschiedener Pflanzen, ein Effektormolekül absondert, um das Mikrobiom seines Wirts anzugreifen und so den Befall zu begünstigen. Die Arbeit wurde von der Arbeitsgruppe um Alexander von Humboldt-Professor Dr. Bart Thomma an der Universität zu Köln (UzK) im Rahmen des Exzellenzclusters für Pflanzenforschung CEPLAS durchgeführt. Dabei kooperierten die Kölner Forscher mit dem Team, um Dr. Michael Seidl von der Theoretical Biology & Bioinformatics group der Universität Utrecht in den Niederlanden. […]

Mittlerweile ist wissenschaftlich erwiesen, dass das Mikrobiom eines Organismus – die Gesamtheit der in und auf ihm lebenden Bakterien und weiteren Mikroben – eine wichtige Komponente seiner Gesundheit ist. Bei Menschen und anderen Tieren haben bestimmte Mikroben, die den Darm und die Haut besiedeln, positive Auswirkungen. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für Pflanzen. Weiterhin ist bekannt, dass Pflanzen nützliche Mikroben aus ihrer Umgebung – zum Beispiel aus dem Boden rund um die Wurzeln – „rekrutieren“ können damit sie ihnen helfen, Krankheiten zu widerstehen.

An der UzK stellten Dr. Nick Snelders und Erstautor der Studie Professor Dr. Bart Thomma zunächst eine Hypothese auf: Wenn Pflanzen in der Lage sind, „Helfer“ zu rekrutieren, haben einige Krankheitserreger vielleicht „gelernt“, diesen Hilferuf zu unterbinden und das Mikrobiom der Pflanze anzugreifen, um die Besiedelung zu begünstigen. Neben der direkten Unterdrückung der Immunreaktionen des Pflanzenwirts können diese Krankheitserreger also auch indirekt dessen Abwehrkräfte angreifen, indem sie das gesunde Mikrobiom der Pflanze stören. […] Die aktuelle Studie zeigt, dass der Pilz das antimikrobielle Protein VdAMP3 ausschüttet, das als „Effektor“ das Mikrobiom der Pflanze manipuliert. […]

Thomma führt aus: „Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass Erreger in verschiedenen Krankheitsstadien unterschiedliche Moleküle nutzen, um das gesunde Mikrobiom eines Wirts zu manipulieren und die Besiedelung zu begünstigen. Daher ist es wichtig, über die ‚binäre Interaktion‘ zwischen Krankheitserreger und Wirt hinauszublicken, wenn wir Krankheiten verstehen wollen. Vielmehr müssen wir das gesamte Mikrobiom des Wirts berücksichtigen und ihn als ‚Holobionten‘ verstehen – als ökologische Einheit aus Wirt und allen in und auf ihm lebenden Organismen.“

Langfristig soll ein besseres Verständnis dieser Mechanismen dazu beitragen, widerstandsfähigere Pflanzen und bessere Strategien für den Pflanzenschutz zu entwickeln. Angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung, begrenzter Anbauflächen und der Notwendigkeit, die Umweltbelastung und -verschmutzung zu reduzieren, wollen die Pflanzenwissenschaften langfristig landwirtschaftliche Erträge steigern und gleichzeitig die Umweltbelastung minimieren. „Das Wissen über die Effektormoleküle, mit deren Hilfe pathogene Pilze Nutzpflanzen infizieren, könnte neue Möglichkeiten des Schutzes vor ihnen eröffnen“, sagt Dr. Snelders.

In zukünftigen Studien wollen die Autoren weitere Effektorproteine mit selektiver antimikrobieller Aktivität finden – von Verticillium, aber auch von anderen Krankheitserregern, die andere Infektionsstrategien verfolgen. „Zu entschlüsseln, wie diese Moleküle funktionieren und wie sie die eine Mikrobe hemmen, während sie die andere nicht beeinträchtigen, ist wichtig. Dadurch könnten neue Mechanismen zur gezielten Bekämpfung von Mikroben entdeckt werden, was letztendlich sogar zur Entwicklung neuartiger Antibiotika führen könnte“, schließt Snelders. […]

Vollständige Quelle: Universität zu Köln