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Florierendes Immunsystem

Immuntraining für Pflanzen?

| Autor / Redakteur: Dr. Andreas Battenberg* / Christian Lüttmann

Infiltration von Arabidopsisbäettern mit Bakterienlösung
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Infiltration von Arabidopsisbäettern mit Bakterienlösung (Bild: Astrid Eckert / TU München)

Pflanzen bekommen zwar keinen Schnupfen, aber auch sie haben mit Bakterien zu kämpfen. Wie das pflanzliche Immunsystem die Eindringlinge erkennt, haben nun Forscher an der Technischen Universität München herausgefunden. Das Wissen könnte helfen, resistentere Pflanzen zu züchten oder ihr Immunsystem durch Behandlung mit bestimmten Stoffen zu verbessern..

München – Nicht nur Menschen und Tiere, auch Pflanzen wehren sich mithilfe ihres Immunsystems gegen Krankheitserreger. Doch wodurch wird die zelluläre Abwehr aktiviert? Forscher an der Technischen Universität München (TUM) haben jetzt herausgefunden, wie Pflanzenzellen eingedrungene Bakterien identifizieren.

„Das Immunsystem der Pflanzen ist raffinierter, als wir gedacht haben“, sagt Dr. Stefanie Ranf vom Lehrstuhl für Phytopathologie der TUM. Zusammen mit einem internationalen Forschungsteam hat die Biochemikerin Substanzen entdeckt, die die pflanzliche Abwehr aktivieren.

Suche nach dem molekularen Immun-Schalter

Bisher war die Wissenschaft davon ausgegangen, dass die Zellen von Pflanzen – ähnlich wie die von Menschen und Tieren – Bakterien an komplexen molekularen Verbindungen erkennen, beispielsweise aus der Bakterienzellwand. Vor allem bestimmte Moleküle mit einem fettähnlichen Teil und mehreren Zucker-Bausteinen, die so genannten Lipopolysaccharide, kurz LPS, standen im Verdacht, eine Immunantwort auszulösen.

2015 war es Ranfs Team gelungen, das entsprechende Rezeptor-Protein aufzuspüren: das Lipo-oligosaccharide-specific Reduced Elicitation, kurz LORE. Alle Experimente deuteten darauf hin, dass dieses LORE-Protein das Immunsystem der Pflanzenzelle aktiviert, wenn es LPS-Moleküle aus der Zellwand bestimmter Bakterien erkennt.

Aufreinigung von LPS bringt unerwartetes Ergebnis

Nachdem der vielversprechende Kandidat für den molekularen Immun-Schalter gefunden war, wollten die Forscher herausfinden wie LORE verschiedene LPS-Moleküle unterscheidet. „Dazu benötigten wir hochreines LPS“, sagt Ranf.

Bei der Analyse stellten die Forscher fest, dass nur LPS-Proben mit bestimmten kurzen Fettsäurebestandteilen die Pflanzenabwehr auslösten. Überraschenderweise fanden sie in all diesen aktiven LPS-Proben auch freie Fettsäuremoleküle, die extrem stark haften. Erst nach monatelangem Experimentieren gelang es dem Team, diese freien Fettsäuren vom LPS abzutrennen.

„Als es uns dann endlich gelungen war, hochreines LPS herzustellen, zeigte sich, dass die Pflanzenzelle darauf überhaupt nicht reagiert. Damit war klar, dass die Immunantwort nicht durch das LPS selbst ausgelöst wird, sondern durch den Kontakt mit den daran haftenden 3-Hydroxyfettsäuremolekülen“, erklärt Ranf.

Einen weiteren faszinierenden Pflanzentrick hält der folgende Beitrag bereit:

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Immunantwort scheint unumgänglich

Die 3-Hydroxyfettsäuren sind im Vergleich zu den großen LPS sehr einfache chemische Bausteine. Sie werden von Bakterien in großen Mengen hergestellt und in unterschiedlichste Komponenten eingebaut. Die Fettsäure-Bausteine sind für die Bakterien unverzichtbar.

„Die Strategie der Pflanzenzellen, Bakterien an Hand dieser Grundbausteine zu identifizieren, ist äußerst raffiniert, denn die Bakterien brauchen die 3-Hydroxyfettsäuren und können somit die Immunantwort nicht umgehen“, resümiert Ranf.

Immuntraining für Pflanzen?

Die Forschungsergebnisse könnten künftig helfen, Pflanzen mit verbesserter Immunreaktion zu züchten oder gentechnisch herzustellen. Denkbar ist auch, dass man Pflanzen gezielt mit 3-Hydroxyfettsäuren behandelt, um ihre Abwehrkräfte gegen Krankheitserreger zu verbessern.

Originalpublikation: Alexander Kutschera, Corinna Dawid, Nicolas Gisch, Christian Schmid, Lars Raasch, Tim Gerster, Milena Schäffer, Elwira Smakowska-Luzan, Youssef Belkhadir, A. Corina Vlot, Courtney E. Chandler, Romain Schellenberger, Dominik Schwudke, Robert K. Ernst, Stéphan Dorey, Ralph Hückelhoven, Thomas Hofmann, Stefanie Ranf: Bacterial medium chain 3-hydroxy fatty acid metabolites trigger immunity in Arabidopsis plants. Science 12 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6436, pp. 178-181; DOI: 10.1126/science.aau1279

* Dr. A. Battenberg, Technische Universität München, 80333 München

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