The insecticidal potential of Bacillus cereus group strains from insect-dense regions of the United Kingdom

Landwirte verlassen sich schon lange auf einen natürlichen Verbündeten, um ihre Ernten zu schützen: ein im Boden lebendes Bakterium, das Proteine produziert, die für Insekten giftig, für Menschen jedoch harmlos sind. Dieser mikroskopisch kleine Krieger, bekannt als Bacillus thuringiensis, wird seit Jahrzehnten auf Felder gesprüht und in Saatgut eingearbeitet und dient als das weltweit wichtigste biologische Pestizid. Doch genau wie Insekten lernen, chemische Spritzmittel zu überleben, lernen sie nun auch, sich gegen diese natürlichen Abwehrmechanismen zu wappnen. Da sich die Schädlinge anpassen, werden die alten Werkzeuge immer weniger wirksam, was eine dringende Notwendigkeit schafft, nach neuen Quellen der insektenabtötenden Kraft zu suchen. Wissenschaftler wenden sich wieder der Natur zu und suchen in der Wildnis nach frischen Bakterienstämmen, die die Schlüssel zur nächsten Generation des Pflanzenschutzes halten könnten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie versuchten Forscher, dieses Potenzial zu untersuchen, indem sie an Orten suchten, an denen Insekten in großen Mengen vorkommen. Sie reisten an drei spezifische Orte in ganz Großbritannien, darunter einen Wald mit starken Käferbefällen, eine landwirtschaftliche Forschungsstation und Küstenheiden, die von Mottenraupen bevölkert sind. Aus dem Boden, von Blättern und sogar von den Körpern toter Insekten, die an diesen Standorten gefunden wurden, sammelte das Team dreizehn neue Stämme der Bacillus cereus-Gruppe, der Familie der Bakterien, zu der auch der berühmte Schädlingsbekämpfer gehört. Mittels fortschrittlicher Gensequenzierung kartierten sie den gesamten DNA-Code jedes Stammes, um zu sehen, welche Waffen diese trugen. Das Ziel war festzustellen, ob diese Wildbakterien dieselben insektenabtötenden Gene besaßen wie die kommerziellen Varietäten oder ob sie etwas völlig Neues enthielten.

Die Untersuchung offenbarte eine reiche Diversität an Bakterien, die weit variabler ist als ein einzener Typ von Schädlingsbekämpfer. Die dreizehn Stämme gehörten zu unterschiedlichen genetischen Familien und trugen unterschiedliche Anweisungen in sich. Fünf dieser Stämme wiesen die spezifischen Gene auf, die Kristallproteine produzieren – eben jene Toxine, die Bacillus thuringiensis gegen Insekten effektiv machen. Diese Gene waren nicht zufällig; sie schienen zu den lokalen Insektenpopulationen zu passen. So trugen beispielsweise die Stämme aus den Küstengebieten, in denen Wintermotten reichlich vorhanden sind, Gene, die dafür bekannt sind, mottenähnliche Insekten ins Visier zu nehmen. Die Stämme aus dem Wald, in dem Käfer häufig vorkamen, trugen eine breitere Mischung aus Toxinen, einschließlich solcher, die gegen Käfer wirksam sind. Dies deutgest, dass die Bakterien natürlich auf die spezifischen Schädlinge in ihrer unmittelbaren Umgebung abgestimmt sind und sich entwickelt haben, um gegen die lokalen Bedrohungen zu kämpfen.

Jenseits der bekannten Toxine suchten die Forscher nach etwas Elusiverem: den genetischen Blaupausen für Sekundärmetaboliten. Dies sind komplexe chemische Verbindungen, die Bakterien produzieren, um ihr Überleben und ihren Wettbewerb zu sichern, wobei sie oft als Antibiotika oder zusätzliche Gifte wirken. Das Team scannte die Genome nach Genclustern, die für die Herstellung dieser Substanzen verantwortlich sind. Sie fanden insgesamt 274 solcher Gencluster in den dreizehn Stämungen. Was am Erstaunlichsten war: Die überwiegende Mehrheit dieser Cluster – mehr als 60 Prozent – entsprach keiner bekannten chemischen Fabrik in der wissenschaftlichen Datenbank. Sie waren völlig neu. Dies deutet darauf hin, dass diese Wildbakterien in der Lage sind, eine breite Palette einzigartiger Chemikalien zu produzieren, die Wissenschaftler noch nie zuvor gesehen haben, was ein riesiges, unerschlossenes Reservoir für potenzielle neue Insektizide bietet.

Einer der faszinierendsten Funde stammt von einem Stamm, der aus einer toten Raupe isoliert wurde. Im Gegensatz zu den anderen trug dieses Bakterium nicht die üblichen Kristallprotein-Gene. Stattdessen war es vollgepackt mit den zuvor erwähnten neuartigen Genclustern. Dies wirft eine faszinierende Möglichkeit auf: Das Insekt wurde möglicherweise nicht durch die vertrauten Kristallproteine getötet, sondern durch eine dieser unbekannten chemischen Waffen. Wenn dies zutrifft, bedeutet es, dass die „Betrüger“ der bakteriellen Welt – Stämme, die nicht die gängigen Toxine produzieren, sondern vielleicht auf andere, potenziell stärkere chemische Angriffe setzen – genauso gefährlich für Schädlinge sein könnten wie die bekannten Killer.

Die Studie verglich diese neuen Wildstämme auch mit den kommerziellen Bakterien, die derzeit von Landwirten verwendet werden. Mehrere der neuen Stämme waren genetisch fast identisch mit den kommerziellen Varietäten, was darauf hindeutet, dass die in der Natur gefundenen, leistungsstarken insektenabtötenden Abstammungslinien dieselben sind, die für die Landwirtschaft kultiviert wurden. Die Entdeckung der einzigartigen Gencluster in den anderen Stämmen deutet jedoch darauf hin, dass die Natur noch Geheimnisse birgt, die die kommerzielle Landwirtschaft noch nicht erschlossen hat. Während die Forscher zur Vorsicht mahnen, da weitere Arbeiten nötig sind, um genau zu bestätigen, was diese neuen Chemikalien bewirken und ob sie sicher verwendet werden können, bieten die Ergebnisse einen klaren Weg nach vorn. Indem sie an den richtigen Orten suchen – speziell in Umgebungen, in denen Insekten gedeihen –, können Wissenschaftler Bakterien finden, die nicht nur dieselben Kämpfe wie unsere Nutzpflanzen führen, sondern auch mit Waffen bewaffnet sind, die wir noch gar nicht entdeckt haben.