Ein tödliches Team gegen Reispflanzen: Pilze beherbergen Bakterien zur Produktion eines Zellgiftes

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06.10.2005

Mikroskopische Aufnahme von Rhizopus microsporum Mycel und fluoreszenzmarkierten bakteriellen Endosymbionten. Foto: Hertweck

Reis ernährt weltweit mehr Menschen als jede andere Kulturpflanze. Erkrankungen der Reispflanzen durch Schimmelpilze können jedoch erhebliche Schäden in der Landwirtschaft verursachen. In allen bislang bekannten Fällen sind es die Pilze selbst, die Substanzen produzieren, welche die Pflanzen schwächen oder abtöten. In der jüngsten Ausgabe des Fachblattes Nature berichten Dr. Christian Hertweck und Laila Partida-Martinez vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie nun von einer Entdeckung mit weit reichender Bedeutung: Im Fall der Reiskeimlingsfäule nimmt sich der Pilz Rhizopus microsporus zur Produktion des Pflanzengiftes Bakterien zu Hilfe.

Die beiden Jenaer Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Pilz, der die Wurzeln junger Reispflanzen befällt, eine neue Bakterienart beherbergt. Durch eine Reihe von Versuchen konnten sie eindeutig beweisen, dass diese Bakterien das Pflanzengift Rhizoxin bilden, und nicht der Pilz, wie man bisher angenommen hatte.

Jena, den 06.10.05 Reis ernährt weltweit mehr Menschen als jede andere Kulturpflanze. Erkrankungen der Reispflanzen durch Schimmelpilze können jedoch erhebliche Schäden in der Landwirtschaft verursachen. In allen bislang bekannten Fällen sind es die Pilze selbst, die Substanzen produzieren, welche die Pflanzen schwächen oder abtöten. In der jüngsten Ausgabe des Fachblattes Nature berichten Dr. Christian Hertweck und Laila Partida-Martinez vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie nun von einer Entdeckung mit weit reichender Bedeutung: Im Fall der Reiskeimlingsfäule nimmt sich der Pilz Rhizopus microsporus zur Produktion des Pflanzengiftes Bakterien zu Hilfe.
Die beiden Jenaer Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Pilz, der die Wurzeln junger Reispflanzen befällt, eine neue Bakterienart beherbergt. Durch eine Reihe von Versuchen konnten sie eindeutig beweisen, dass diese Bakterien das Pflanzengift Rhizoxin bilden, und nicht der Pilz, wie man bisher angenommen hatte.

Das Zusammenleben zweier Organismen, das man als Symbiose bezeichnet, ist ein in der Natur weitverbreitetes Phänomen. Hertweck und Partida-Martinez beschreiben jetzt den ersten Fall, in dem Pilz und Bakterium ein Team bilden, um an die Nährstoffe aus der Reispflanze zu gelangen. Durch Zugabe eines Antibiotikums gelang es den Forschern, die im Pilz lebenden Bakterien abzutöten. Der Pilz verlor dadurch seine Gefährlichkeit. Für die Bekämpfung der Reiskeimlingskrankheit könnte dieses Resultat ganz neue Möglichkeiten eröffnen.

Außerdem konnten die Jenaer Wissenschaftler die Bakterien aus dem Pilz isolieren und sie im Labor kultivieren. Krebsforscher, denen das Pflanzengift seit langer Zeit bekannt ist, könnten möglicherweise von dieser Entdeckung profitieren. Das von den Bakterien gebildete Rhizoxin entfaltet seine schädigende Wirkung nämlich dadurch, dass es die Zellteilung der Wurzelzellen blockiert. Diesen Effekt zeigt die Substanz auch bei menschlichen Krebszellen, deren Wachstum und Vermehrung durch Rhizoxin gehemmt wird. Aufgrund von Nebenwirkungen konnte Rhizoxin aber noch nicht als Medikament weiter entwickelt werden. Die Ergebnisse der Jenaer Forscher leisten einen Beitrag dazu, auf biotechnologischem Wege vielleicht einen besseren Wirkstoff herstellen zu können.

Vor allen Dingen sind die Arbeiten jedoch ein Durchbruch in der Grundlagenforschung. Zum ersten Mal besteht die Möglichkeit, eine faszinierende Symbiose von Bakterien und Pilzen zu studieren, die für Pflanzen eine tödliche Wirkung haben kann.

Dr. Christian Hertweck (36) ist promovierter Chemiker und seit 2000 Leiter der HKI-Nachwuchsgruppe Bioorganische Synthese. Seit 2003 leitet er zudem komissarisch die Abteilung Biostrukturchemie des Institutes. Er wurde 2005 mit dem Nachwuchswissenschaftlerpreis für Naturstoff-Forschung der DECHEMA ausgezeichnet und hat kürzlich einen Ruf auf die W3-Professur Naturstoffchemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena erhalten.

Ansprechpartner:
Dr. Christian Hertweck
Arbeitsgruppe Biorganische Synthese
Hans-Knöll-Institut
Tel.: 03641/ 65-6700
Fax: 03641/ 65-6705
E-Mail: christian.hertweck@hki-jena.de

Originalpublikation:
Laila P. Partida-Martinez and Christian Hertweck:
"Pathogenic fungus harbours endosymbiotic bacteria for toxin production"
Nature 437, No 7060, 884-888 (6 October 2005)