Cultivation-dependent transcriptomic reprogramming and insecticidal performance of Beauveria bassiana A1 from solid-state and submerged cultures
Diese Studie zeigt, dass, obwohl die Feststoff- und die Submersfermentation eine unterschiedliche transkriptomische Reprogrammierung in *Beauveria bassiana* A1 bewirken, was insbesondere den Sekundärmetabolismus und Gene für den extrazellulären Abbau betrifft, beide Kultivierungsmethoden letztlich Sporen mit vergleichbarer insektizider Wirksamkeit gegen *Plutella xylostella* bei hohen Konzentrationen hervorbringen, was das Potenzial der Submersfermentation als skalierbare Alternative für die Biopestizidproduktion unterstützt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In der Welt der Landwirtschaft stehen Landwirte oft einem unerbittlichen Feind gegenüber: Insekten, die die Nutzpflanzen schneller durchfressen, als sie geerntet werden können. Um ohne den Einsatz harter Chemikalien zurückzuschlagen, wenden sich Wissenschaftler an die eigenen Raubtiere der Natur, speziell an einen mikroskopisch kleinen Pilz namens Beauveria bassiana. Dieser Pilz fungiert wie eine biologische Waffe, sucht nach Insekten, landet auf ihnen und wächst in ihren Körpern weiter, bis das Insekt stirbt. Der Pilz bricht dann aus und setzt Millionen winziger Sporen frei, um neue Opfer zu finden. Damit dies in der realen Welt funktioniert, benötigen Landwirte riesige Mengen dieser Sporen, was bedeutet, dass Wissenschaftler den Pilz in großen Chargen züchten müssen.
Es gibt zwei Hauptmethoden, um diese Pilzheere zu züchten. Die erste Methode, bekannt als Feststofffermentation, ist wie das Backen von Brot in einem warmen, feuchten Ofen. Der Pilz wächst auf feuchtem Getreide oder landwirtschaftlichen Abfällen und erzeugt eine trockene, flauschige Schicht aus Sporen, die von Natur aus robust und bereit sind, an der wachsartigen Haut eines Insekts haften zu bleiben. Die zweite Methode, die Submersfermentation, ist eher wie das Brauen von Bier. Der Pilz wächst in einem riesigen Tank mit Flüssigkeit, in dem Wissenschaftler Temperatur, Sauerstoff und Nährstoffe präzise kontrollieren können. Während die Flüssigmethode einfacher hochskalierbar und automatisierbar ist, gab es einen anhaltenden Zweifel: Verändert das Wachstum des Pilzes in Wasser seine Persönlichkeit? Macht es die Sporen weniger effektiv darin, Insekten zu töten, im Vergleich zu denen, die auf festem Getreide gewachsen sind?
Ein Forscherteam der National Taiwan University setzte sich zum Ziel, diese Frage zu beantworten, indem sie nicht nur betrachteten, wie viele Sporen produziert wurden, sondern auch die genetischen Anweisungen in ihrem Inneren untersuchten. Sie züchteten dieselbe Stamm von Beauveria bassiana sowohl in der festen Getreideumgebung als auch im Flüssigkeitstank. Sobald die Sporen bereit waren, tauchten sie tief in den genetischen Code des Pilzes ein, um zu sehen, welche Gene in welcher Umgebung aktiviert oder deaktiviert wurden. Sie fanden heraus, dass die beiden Pilzgruppen sehr unterschiedliche Leben führten. Die auf festem Getreide gezüchteten Sporen hatten eine massive Anzahl an Genen aktiviert, die für den Abbau harter Materialien zuständig sind. Diese Gene produzierten starke Enzyme, welche biologische Werkzeuge sind, die wie molekulare Scheren wirken und in der Lage sind, die harte Außenhülle eines Insekts aufzuspalten. Sie aktivierten auch Gene für die Produktion sekundärer Chemikalien, die dem Pilz helfen, zu konkurrieren und sich zu verteidigen.
Im Gegensatz dazu hatten die im Flüssigkeitstank gezüchteten Sporen eine andere Priorität. Ihre genetische Aktivität konzentrierte sich auf das Finden und Aufnehmen von Eisen, einem Nährstoff, der in flüssigen Umgebungen oft knapp ist, sowie auf die Produktion spezifischer Toxine. Sie schalteten nicht dieselben schweren Schneidewerkzeuge ein, die die auf festem Grund gezüchteten Sporen besaßen. Dies deutet darauf hin, dass die in Flüssigkeit gezüchteten Sporen nicht so gut auf die unmittelbare Aufgabe vorbereitet waren, die Panzerung eines Insekts durchzubohren. Die Forscher testeten diese Theorie, indem sie beide Arten von Sporen auf Larven des Diamantbrandspinners, eines häufigen Schädlings, der Gemüse beschädigt, sprühten. Sie verwendeten unterschiedliche Konzentrationen, von einer geringen Menge bis hin zu einer sehr hohen Menge an Sporen.
Die Ergebnisse zeigten einen klaren Unterschied im Timing, aber nicht im Endergebnis. Als die Forscher eine moderate Menge an Sporen verwendeten, töteten die auf festem Getreide gezüchteten Sporen die Insekten etwas schneller. Die Larven starben früher, weil die auf festem Grund gezüchteten Sporen genetisch darauf programmiert waren, die Insektenpanzer unmittelbar bei Kontakt anzugreifen. Die in Flüssigkeit gezüchteten Sporen brauchten etwas länger, um loszulegen, da sie wahrscheinlich erst ihre eigenen Schneidewerkzeuge hochfahren mussten, nachdem sie auf dem Insekt gelandet waren. Bei einer hohen Konzentration der Sporen verschwand der Unterschied jedoch. Bei dieser hohen Dosis töteten beide Arten von Sporen alle Insekten innerhalb von drei Tagen. Die schiere Anzahl der Angreifer überwältigte die Insekten, unabhängig davon, ob die Sporen genetisch auf sofortiges Handeln vorbereitet waren oder nicht.
Diese Entdeckung legt nahe, dass die Flüssigmethode des Pilzzuchtens eine praktikable Alternative für die Herstellung von Biopestiziden ist, sofern die Anwendungsstrategie angepasst wird. Während die auf festem Grund gezüchteten Sporen einen Zeitvorteil beim Start haben mögen, sind die in Flüssigkeit gezüchteten Sporen genauso tödlich, wenn genügend von ihnen appliziert werden. Die Studie zeigt, dass die genetischen Unterschiede, die durch die Zuchtumgebung verursacht werden, die Geschwindigkeit des Angriffs verändern und nicht den letztendlichen Erfolg der Mission. Für Landwirte und Hersteller bedeutet dies, dass die leichtere, besser kontrollierbare Flüssigmethode zur Herstellung dieser biologischen Mittel verwendet werden kann, solange sie sicherstellen, dass eine ausreichend hohe Dichte an Sporen auf die Kultur ausgebracht wird, um den etwas langsameren Start zu kompensieren. Der Pilz bleibt ein mächtiges Werkzeug, und seine Wirksamkeit hängt weniger davon ab, wo er geboren wurde, sondern vielmehr davon, wie viele von ihnen auf das Schlachtfeld geschickt werden.
Ertrinken Sie in Arbeiten in Ihrem Fachgebiet?
Erhalten Sie tägliche Digests der neuesten Arbeiten passend zu Ihren Forschungsbegriffen — mit technischen Zusammenfassungen, in Ihrer Sprache.