Bakteriophagen Viren schützen Pflanzen vor schädlichen Bakterien

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Es muss nicht immer die Pflanzenschutzkeule sein. Die Forschung arbeitet an immer gezielteren Methoden, um Pflanzen vor Schädlingen zu schützen. Aktuelles Beispiel: Jülicher Forscher nutzen Bakteriophagen zur Abwehr von Viren, die Pflanzen befallen.

Bakterien können nicht nur Menschen und Tiere krank machen, sondern auch Pflanzen. Weltweit verursachen bakterielle Pflanzenkrankheiten erhebliche Ernteverluste. Für die Landwirtschaft ist das ein wachsendes Problem: Kulturpflanzen stehen zunehmend unter Druck – durch Krankheitserreger, Hitze, Trockenheit und weitere Folgen des Klimawandels. Wenn Pflanzen ohnehin durch extreme Wetterbedingungen geschwächt sind, wird ihr Schutz noch wichtiger. Denn stabile Ernten sind eine zentrale Voraussetzung für eine sichere Lebensmittelversorgung.

Forschende des Forschungszentrums Jülich arbeiten deshalb an neuen, nachhaltigeren Möglichkeiten, Pflanzen gezielt zu schützen. Im Mittelpunkt stehen so genannte Bakteriophagen, kurz Phagen. Das sind natürliche Viren, die ausschließlich Bakterien befallen. Für Menschen, Tiere und Pflanzen sind sie in der Regel ungefährlich. Ihr besonderer Vorteil: Sie greifen sehr gezielt bestimmte Bakterien an.

Gezielte Wirkung durch Phagen

Herkömmliche antibakterielle Mittel wirken oft breit. Das heißt: Sie können nicht nur schädliche Bakterien treffen, sondern auch nützliche Mikroorganismen, die für gesunde Böden und Pflanzen wichtig sind. Zudem kann ein häufiger Einsatz solcher Mittel dazu führen, dass Krankheitserreger widerstandsfähig werden. Die Mittel verlieren dann mit der Zeit an Wirkung.

Phagen könnten hier eine Alternative bieten. Sie sind auf bestimmte bakterielle Wirte spezialisiert und könnten Krankheitserreger bekämpfen, ohne das gesamte Mikrobiom der Pflanze zu stören. Damit passen sie zu einem Pflanzenschutz, der gezielter, ressourcenschonender und langfristig wirksamer sein soll.

Pflanzen wachsen trotz Infektion normal weiter

In einer aktuellen Studie untersuchte Dr. Sebastian Erdrich, wie Bakteriophagen bei einer bakteriellen Infektion von Pflanzen wirken. Erdrich führte seine Promotion am Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften in den Institutsbereichen Biotechnologie (IBG-1) und Pflanzenwissenschaften (IBG-2) durch. An der Studie beteiligt waren zudem Forschenden aus den Teams von Prof. Dr. Julia Frunzke am IBG-1, Dr. Borjana Arsova am IBG-2 und Prof. Dr. Guido Grossmann vom Institut für Zell- und Interaktionsbiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

Als Modellpflanze diente Arabidopsis thaliana, ein in der Forschung häufig verwendeter Verwandter von Raps und Kohl. Die Pflanzen wurden mit dem bakteriellen Krankheitserreger Xanthomonas campestris pv. campestris infiziert. Einige der infizierten Pflanzen erhielten zusätzlich einen passenden Bakteriophagen.

Das Ergebnis: Die infizierten Pflanzen, die mit Phagen behandelt wurden, wuchsen im Untersuchungszeitraum ähnlich gut wie nicht infizierte Kontrollpflanzen. Die Phagen verringerten nicht nur die Zahl der schädlichen Bakterien. Die Bakterien zeigten auch eine geringere Virulenz – sie waren also weniger krankmachend. Gleichzeitig fiel die Immunantwort der Pflanzen geringer aus als bei infizierten Pflanzen ohne Phagen. Das deutet darauf hin, dass die Pflanzen weniger stark unter der Infektion litten.

Beschichtung für Saatgut

Die Forschung baut auf früheren Arbeiten auf, in denen die Jülicher Wissenschaftler bereits neue Phagen gegen wichtige bakterielle Pflanzenpathogene isoliert hatten. Außerdem untersuchten sie, wie sich solche Phagen auf Saatgutoberflächen anreichern lassen. Daraus ist bereits ein Technologieangebot des Forschungszentrums Jülich entstanden, das mit interessierten Partnern in der Anwendung weiter erforscht werden kann: eine Saatgutbeschichtung mit biologischen Wirkstoffen.

Die Idee dahinter ist einfach und anwendungsnah: Der Schutz wird direkt mit dem Saatgut ausgebracht. Wenn die junge Pflanze später mit schädlichen Bakterien in Kontakt kommt, könnten die Phagen bereits vor Ort wirken. Sie wären damit eine Art biologischer Begleitschutz von Anfang an.

Gerade vor dem Hintergrund des Klimawandels gewinnen solche Ansätze an Bedeutung. Hitzewellen, Trockenperioden und andere Stressfaktoren können Kulturpflanzen schwächen und Erträge zusätzlich gefährden. Schon heute gehen Schätzungen zufolge rund zehn Prozent der weltweiten Lebensmittelproduktion durch bakterielle Pflanzenkrankheiten verloren. Ein wichtiger Verbreitungsweg solcher Erreger ist das Saatgut: Krankheitserreger können auf oder in Samen mitreisen und junge Pflanzen bereits beim Keimen infizieren. Genau hier setzt das Jülicher Technologieangebot an. Durch eine Beschichtung des Saatguts mit biologischen Wirkstoffen wie Bakteriophagen ließe sich dieser Infektionskreislauf künftig möglicherweise früh unterbrechen.

Die Ergebnisse aus Jülich und Düsseldorf zeigen, dass Bakteriophagen mehr leisten könnten als nur die Zahl schädlicher Bakterien zu senken. Sie beeinflussen offenbar auch das Zusammenspiel zwischen Pflanze und Erreger: Die Pflanze bleibt widerstandsfähiger, während die Bakterien weniger Schaden anrichten. Damit schaffen die Forschenden eine wichtige Grundlage für neue, nachhaltige Strategien im Pflanzenschutz, heißt es in einer Pressemitteilung.

Originalpublikation: Erdrich SH, Keilhammer M, Sharma S, Zupinski M, Schurr U, Grossmann G, Frunzke J & Arsova B, (2026), Phage biocontrol reduces the disease burden and modulates plant immunity through suppression of bacterial virulence, Cell Reports 45(7):117622

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