Wirkstoffe der Kiwi wirken gegen Bakterien

Wissen : Biologische Kriegsführung auf dem Acker

Die Kiwi produziert einen Wirkstoff, der aggressive Pilze und möglicherweise auch Bakterien bekämpft.

Wenn es ums Überleben geht, ist die Natur nicht zimperlich. Das zeigt sich bei blutigen Kämpfen im Tierreich, aber auch im Kleinen, auf der Ebene der Moleküle, spielt sich ein Hauen und Stechen ab, wenn etwa Bakterien oder Pilze eine Pflanze infizieren. Die Taktiken bei Angriff und Verteidigung sind dabei so überraschend, dass selbst Mikrobiologen immer wieder staunen, was die Evolution so alles hervorgebracht hat. So attackieren Pilze eine Pflanze mit einer ganzen Armada an Giftstoffen. „Die Pflanzen steuern dann mit ihrem Immunsystem dagegen“, erklärt Professor Gert Bange, Biochemiker an der Universität Marburg. Pilze wiederum reprogrammieren durch sogenannten Effektorproteine den Stoffwechsel der Pflanze und versuchen, diese Abwehrreaktion zu unterdrücken. Doch die Gewinner sind die Pilze damit noch lange nicht: Im Kampf ums Überleben halten auch die Pflanzen dagegen.

Bei der Attacke des Brandpilzes Ustilago maydis haben das Team von Gert Bange und die Forschergruppe von Regine Kahmann vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg dieses Wechselspiel nun genauer untersucht. Der Pilz verursacht beim Mais die sogenannte Beulenbrandkrankheit. Damit der Pilz nicht die Oberhand bekommt, spielt die Maispflanze gewissermaßen einen letzten Trumpf aus. Sie setzt Moleküle aus der Gruppe der Kiwelline ein, um die finale Attacke abzuschmettern.

Und das ist überraschend. Kiwelline waren bislang als Allergen aus der Kiwi bekannt, daher der Name. Und nun werden sie überall gefunden. „Im Fruchtsaft von Gummibäumen, in Samen, in der Kartoffel, Tomate, Tabak“, berichtet Biochemiker Bange. Der Nachwuchsforscher Florian Altegoer aus Banges Arbeitsgruppe hat allein im Mais zwanzig verschiedene Kiwelline entdeckt und deren Struktur aufgeklärt.

In einer Publikation im Magazin Nature haben Bange, Altegoer, Kahmann und Kollegen die Abwehrschlacht der Maispflanze gegen den Pilze detailliert beschrieben. Mit wiederum überraschenden Perspektiven: Wenn ein bestimmtes Kiwellin gegen den Beulenbrand-Pilz wirkt, wofür stehen die übrigen neunzehn Abwehrstoffe? „Wir könnten da eine ganz neue Stoffklasse für den Pflanzenschutz gefunden haben“, überlegt Gert Bange.

Die Biologin Mary Wildermuth von der Universität von Kalifornien in Berkeley geht noch einen Schritt weiter: „Die Kiwelline haben auch ein antimikrobielles Potenzial bei menschlichen Infektionen.“ Zum Beispiel nutzen Tuberkulose-Erreger ganz ähnliche molekularbiologische Tricks bei ihrer Attacke im menschlichen Körper wie der von Bange und Kahmann untersuchte Pilz. Da der menschliche Organismus keine Kiwelline produziert und damit diese Methode der Abwehr ungenutzt ist, könnten diese Substanzen möglicherweise die Grundlage neuer Therapien bilden, erklärt Wildermuth in einem Text im Fachmagazin „Nature“. Florian Altegoer weist auf die große Bedeutung der kleinen Moleküle hin. So verursachte Mitte des 19. Jahrhunderts in Irland eine Pilzinfektion eine zu jener Zeit neuartige Kartoffelfäule. Die Folge war eine große Hungersnot. Viele Menschen starben, zwei Millionen Iren wanderten aus, überwiegend nach Nordamerika. „Es wurde eine ganz bestimmte empfindliche Kartoffelsorte angebaut, die dann komplett zerstört wurde“, erläutert Altegoer.

Für den Pilz Phytophthora infestans war das nur ein fragwürdiger Zwischensieg. Um einen Vergleich aus dem Tierreich zu wählen: Wenn Geparden bei der Jagd auf Antilopen zu erfolgreich wären und alle Beutetiere fressen würden, gingen sie selbst zugrunde, weil sie auf diese Weise ihre Nahrungsgrundlage zerstört hätten. In der Natur stellt sich meist ein Gleichgewicht im Überlebenskampf ein. Manchmal nähern sich auch sogar ehemalige Feinde an und bilden gar eine Lebensgemeinschaft, eine sogenannte Symbiose. „Es gibt diese ganze Bandbreite von bitterer Feindschaft und inniger Freundschaft“, erläutert Bange. Auch hier spielen Kiwelline eine Rolle. An den Wurzeln des Klees helfen beispielsweise Knöllchenbakterien bei der Fixierung des für die Pflanze lebensnotwendigen Stickstoffs. „Ein Kiwellin wird in der Wurzelknolle produziert, wenn die Symbiose startet“, haben Bange und Altegoer festgestellt. Welche Rolle der Abwehrstoff in dieser Freundschaftsbeziehung spielt, müssen die Forscher aber noch klären.

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