Der Bodenpilz "Mortierella alpina" hat das Potenzial, die Landwirtschaft grüner und nachhaltiger zu gestalten: Der Pilz produziert bioaktive Moleküle namens Malpinine, die Pflanzen vor zerst?rerischen Würmern schützen k?nnten. Ein Forschungsteam aus Jena konnte nun erstmals deren Wirkweise nachvollziehen und n?her beschreiben. Die Studie erschien im "Journal of the American Chemical Society" (JACS).

Die Geschichte beginnt unter unseren Fü?en: B?den sind nicht nur ein komplexer Lebensraum, sondern auch ein Schlachtfeld, auf dem winzige Fadenwürmer, die Nematoden, gegen Pilze und Pflanzenwurzeln antreten. Darunter leidet vor allem die Landwirtschaft. Aus Sorge vor Ernteverlusten werden die Würmer konventionell mit chemischen Pestiziden bek?mpft. Diese stehen jedoch zunehmend in der Kritik, da sie m?glicherweise B?den und Wasser sch?digen. Mit Blick auf die Zukunft müssen für eine nachhaltige Landwirtschaft Alternativen gefunden werden.

Im Gegensatz zu uns Menschen kennt der Bodenpilz Mortierella alpina schon lange einen natürlichen Trick gegen Nematoden: Er produziert spezielle Moleküle, die seinen Fressfeinden das Leben schwer machen. Diese oberfl?chenaktiven Naturstoffe hei?en Malpinine und fungieren als natürliche Detergenzien. ?Frühere Studien hatten schon gezeigt, dass der Pilz Nematoden bek?mpfen kann, aber der molekulare Wirkmechanismus dahinter war noch unbekannt. Wir wollten diesen aufkl?ren“, sagt Erstautorin Dr. Hannah Büttner vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Kn?ll-Institut (Leibniz-HKI).

Mortierella alpina, der vor allem in B?den gem??igter und kühler Regionen vorkommt, k?nnte ein Schlüssel zu einer nachhaltigen Landwirtschaft sein. ?Wenn wir herausfinden, wie genau Mortierella gegen Nematoden wirkt, k?nnten wir diesen Pilz vielleicht gezielt als Mittel zur biologischen Kontrolle gegen Pflanzenpathogene einsetzen“, so Büttner, die soeben erfolgreich ihre Doktorarbeit abgeschlossen hat.

Malpinine st?ren die Verdauung der Würmer

Die Forschenden haben für die Studie die Wirkung der Malpinine an Modell-Nematoden untersucht. Um die Naturstoffe live in den Nematoden verfolgen zu k?nnen, verwendeten sie bildgebende Verfahren wie Fluoreszenzmikroskopie und Raman-Spektroskopie in Kooperation mit Constanze Schultz vom benachbarten Leibniz-Institut für Photonische Technologien. ?Wir konnten beobachten, wie sich die Malpinine gezielt im Verdauungstrakt der Würmer ansammeln“, erl?utert Büttner. ?Die Nematoden starben aber nicht sofort, sondern stellten die Nahrungsaufnahme ein. Dies führte schlie?lich zu einer zwar langsamen, aber effektiven Kontrolle der Würmer.“

Besonders bemerkenswert ist die chemische Struktur der Malpinine, die ihre wurmt?tende Wirkung erst erm?glicht. Entscheidend dabei ist vor allem ein spezieller Baustein: die ungew?hnliche Aminos?ure Dehydrobutyrin.??Dehydrobutyrin besitzt eine reaktive Doppelbindung und k?nnte deshalb Reaktionen mit Molekülen eingehen, die für die Funktion des Nematodendarms essenziell sind“, erkl?rt Co-Autor Johannes Ra?bach vom Institut für Pharmazie der Friedrich-Schiller-Universit?t. Diese Reaktionen k?nnten beispielsweise wichtige enzymatische Prozesse im Verdauungstrakt der Sch?dlinge st?ren oder die Membranstruktur beeintr?chtigen. Versuche zeigten, dass Varianten der Malpinine, bei denen die Aminos?ure durch eine weniger reaktive Struktur ersetzt wurde, ihre Wirkung komplett verloren. ?Dies weist darauf hin, dass genau diese Struktur für die biologische Aktivit?t unerl?sslich ist. Ohne sie ist die Verbindung wirkungslos“, so Ra?bach.

Die Forschenden vermuten, dass ihr einzigartiger Aufbau es den Malpininen erm?glicht, sowohl in den K?rper der Nematoden einzudringen als auch dort gezielt zu wirken.

Eine ?kologische Alternative zu chemischen Pestiziden?

Die Erkenntnisse aus der Studie k?nnten zu einer nachhaltigen Landwirtschaft beitragen. Chemische Pestizide bergen immer gewisse Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Natürliche Alternativen wie die Malpinine k?nnten dagegen umweltfreundliche L?sungen sein, zumal Mortierella-Pilze oft mit gesunden B?den assoziiert werden. ?In der Biotechnologie wird Mortierella schon lange genutzt, z. B. für die Herstellung von Babynahrung. Um ihn auch sicher und effektiv in der Landwirtschaft einsetzen zu k?nnen, müssen wir den Pilz aber erst noch weiter erforschen“, betont Ra?bach.

Die Studie wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereiches ?ChemBioSys“Externer Link und des Exzellenzclusters ?Balance of the Microverse“ der Friedrich-Schiller-Universit?t durchgeführt. Das interdisziplin?re Forschungsprojekt untersucht, wie mikrobielle Gemeinschaften in verschiedenen Lebensr?umen miteinander und mit ihrer Umgebung interagieren. Der Cluster m?chte grundlegende Prinzipien der mikrobiellen Balance verstehen, um diese in der Medizin, Landwirtschaft, Umweltwissenschaft und Biotechnologie anzuwenden und nachhaltige L?sungen für globale Herausforderungen wie Klimawandel, Lebensmittelknappheit und Gesundheitsprobleme zu entwickeln. Gef?rdert wurden die Arbeiten unter anderem mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft, des Landes Thüringen und der EU.