Mächtiger Pflanzenschutz Wenn Keanu Reeves ein Molekül wäre…

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Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie e. V. – Hans-Knöll-Institut (HKI)

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Der Schauspieler Keanu Reeves hat schon so einige Rollen gespielt – ein Molekül gehörte bisher nicht dazu. In Anlehnung an seine tödlichen Charaktere in Filmen wie Matrix und John Wick haben Forscher nun ein neues Molekül nach ihm benannt. Es hat sich in ersten Tests als effektives Mittel gegen Grauschimmelfäule bei Pflanzen erwiesen und könnte auch beim Menschen gefährliche infektiöse Pilze ausschalten.

Bakterien können weit mehr als bloß Krankheiten hervorrufen. Sie sind biochemische Fabriken, die allerlei spannende Substanzen produzieren. Solche Naturstoffe in Bakterien zu entdecken und für den Menschen nutzbar zu machen, ist eine wichtige Aufgabe der Wissenschaft. Hieran forscht auch ein Team am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI), die sich der Bakteriengattung Pseudomonas gewidmet haben.

„Wir arbeiten schon länger mit Pseudomonaden und wissen, dass viele dieser Bakterienarten sehr giftig für Amöben sind, die sich von Bakterien ernähren“, sagt Studienleiter Pierre Stallforth. Er leitet die Abteilung Paläobiotechnologie am Leibniz-HKI und ist Professor für Bioorganische Chemie und Paläobiotechnologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Offenbar sind mehrere Gifte für die tödliche Wirkung der Bakterien verantwortlich, von denen bisher nur eines bekannt war. Im Genom der Bakterien fanden die Forscher nun Biosynthesegene für einige neu entdeckte Naturstoffe, die Keanumycine A, B und C. Diese Naturstoffgruppe gehört zu den nichtribosomalen Lipopeptiden mit seifenartigen Eigenschaften. „Die Lipopeptide töten so effizient, dass wir sie nach Keanu Reeves benannt haben, weil der in seinen Rollen auch extrem tödlich ist“, erläutert der Studienerstautor Sebastian Götze mit einem Augenzwinkern.

Umweltfreundliche Pflanzenschutzmittel?

Keanumycine wirken effektiv gegen den Pflanzenschädling Botrytis cinerea, der die so genannte Grauschimmelfäule auslöst und jährlich für immense Ernteeinbußen sorgt. Aber auch für den Menschen gefährliche Pilze wie Candida albicans werden durch den Wirkstoff gehemmt. Dabei ist er nach bisherigen Untersuchungen ungefährlich für pflanzliche und menschliche Zellen.

Keanumycine könnten daher eine umweltfreundliche Alternative zu chemischen Pflanzenschutzmitteln sein. Sie bieten aber auch eine Alternative im Kampf gegen resistente Pilze. „Wir haben eine Krise bei den Antiinfektiva“, erklärt Götze, Postdoc am Leibniz-HKI. „Viele human-pathogene Pilze sind inzwischen gegen Antimykotika resistent – unter anderem auch deshalb, weil sie in großen Mengen auf den Feldern eingesetzt werden.“ Gemeinsam mit Kollegen vom Biotechnikum des Leibniz-HKI gelang es den Forschern, eines der Keanumycine zu isolieren und weitere Tests damit durchzuführen.

Biologischer Pflanzenschutz

Allrounder-Bakterium wirkt als Bioinsektizid und Biofungizid zugleich

Das Grauen für Grauschimmelfäule

Die Forscher vermuteten, dass Keanumycine nicht nur effektiv Amöben töten, sondern auch Pilze, da diese einige ähnliche Merkmale aufweisen. Diese Vermutung wurde zusammen mit der Forschungsstelle für gartenbauliche Kulturpflanzen an der Fachhochschule Erfurt bestätigt: Auf Hortensienblättern wirkte Keanumycin gegen die Grauschimmelfäule. Dabei reichte Kulturflüssigkeit – die keine Bakterienzellen mehr enthält – aus, um das Wachstum des Pilzes deutlich zu hemmen.

„Für Pflanzen könnte der keanumycinhaltige Überstand aus Pseudomonas-Kulturen theoretisch direkt verwendet werden“, sagt Erstautor Götze. Zusammen mit den Kollegen in Erfurt werden hierzu weitere Tests durchgeführt. Keanumycin ist biologisch abbaubar, sodass sich keine dauerhaften Rückstände im Boden bilden sollten. Damit hat der Naturstoff das Potenzial, eine umweltfreundliche Alternative zu chemischen Pflanzenschutzmitteln zu werden.

Pilzkrankheiten wie Botrytis cinerea, Auslöser der Grauschimmelfäule, sorgen im Obst- und Gemüseanbau jährlich für immense Ernteeinbußen. Betroffen sind mehr als 200 verschiedene Obst- und Gemüsearten, insbesondere Erdbeeren und unreife Trauben.

Mögliche Anwendung auch beim Menschen

„Zusätzlich haben wir die isolierte Substanz gegen verschiedene Pilze getestet, die den Menschen infizieren. Dabei haben wir festgestellt, dass sie unter anderem den pathogenen Pilz Candida albicans stark hemmt“, sagt Götze.

Außer bei Pflanzen könnte Keanumycin daher möglicherweise auch beim Menschen Anwendung finden. Der Naturstoff ist für menschliche Zellen nach den bisherigen Tests nicht stark toxisch und schon in sehr geringen Konzentrationen gegen Pilze wirksam. Das macht ihn zu einem guten Kandidaten für die pharmazeutische Entwicklung von neuen Antimykotika. Diese werden ebenfalls dringend benötigt, da nur sehr wenige Mittel gegen Pilzinfektionen auf dem Markt sind. (clu)

Originalpublikation: Götze S, Vij R, Burow K, Thome N, Urbat L, Schlosser N, Pflanze S, Müller R, Hänsch VG, Schlabach K, Fazlikhani L, Walther G, Dahse HM, Regestein L, Brunke S, Hube B, Hertweck C, Franken P, Stallforth P: Ecological niche-inspired genome mining leads to the discovery of crop-protecting nonribosomal lipopeptides featuring a transient amino acid building block. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4, 2342–2353; DOI: 10.1021/jacs.2c11107

* C. Fuchs, als Autorin für Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie, Hans-Knöll-Institut, 07745 Jena

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