Ökologisch verträgliche Schädlingsbekämpfung

Insekten und durch sie übertragene Krankheiten verursachen in der Landwirtschaft rund 40% aller Ernteeinbußen. Der weltweit steigende Bedarf an Nahrungsmitteln erfordert deshalb immer effektivere Methoden der Schädlingsbekämpfung; bis 2017 werden die Kosten für Insektizide auf rund 65 Milliarden US-Dollar ansteigen.

Gleichzeitig gibt es einen dringenden Bedarf an ökologisch verträglicheren Insektiziden, die Schadinsekten ins Visier nehmen, andere Lebewesen aber verschonen. Ein internationales Konsortium von Forschern, zu denen auch die Arbeitsgruppe von Professor Dr. Reinhard Predel vom Institut für Zoologie gehört, will neue ökologisch verträglichere Insektizide entwickeln, die gezielt gegen schädliche Insektenarten eingesetzt werden können.

Horizont 2020, das EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation, stellt in diesem Zusammenhang 7 Millionen Euro für das Projekt nEUROSTRESSPEP zur Verfügung. Die Forscher möchten artspezifische Entwicklungen im Hormonsystem erkennen, um dieses System gezielt mit künstlich hergestellten hormonähnlichen Substanzen beeinflussen zu können.

Für diesen Ansatz wurde die strukturell variabelste Gruppe von Hormonen, die Neuropeptide, ausgewählt. Das Projekt startet im Juni und ist auf vier Jahre angesetzt.

„Wir haben hier im Kölner Biozentrum hervorragende Bedingungen für Strukturaufklärungen und benötigen nur einzelne Insekten, um die bis zu 100 Neuropeptide einer Art aufzuklären, erklärt Reinhard Predel seine Beteiligung am Projekt. „Diese Forschungsfragen fallen genau in unser Tätigkeitsgebiet.“ Die untersuchten Schädlinge umfassen u.a. Motten, Heuschrecken, Blattläuse, Fliegen und Käfer. Sie schädigen die Ernte durch Fraß oder die Verbreitung von Viren.

Traditionell verwendete Insektizide wirken als Gifte unspezifisch auf verschiedenste Insektenarten und auch Spinnen. Trotz der chemischen Bekämpfung überleben gewöhnlich einige Exemplare der Schädlinge und oft bilden sich Resistenzen. Die natürlichen Feinde der Schadinsekten aber trifft es zuweilen schlimmer, denn es gibt sie in viel geringerer Zahl.

Die Folge: In der nächsten Generation kommt es dann schon deshalb wieder zu einer Massenvermehrung der Schädlinge, weil sie nicht mehr bejagt werden. „Unser Ziel ist, den Organismus der Schadinsekten in seiner Fitness herabzusetzen“, sagt Predel. „Das verhindert eine Massenvermehrung.“ Andere Insekten würden nicht betroffen, erklärt er: „Das betrifft dann nur die Tiere, auf die man es abgesehen hat. Das Gleichgewicht zwischen Räuber und potentiellem Schädling bleibt stabil und auch für uns nützliche Insekten wie Honigbienen sind nicht betroffen.“

Um künstliche Neuropeptide nachzubauen, müssen die Wissenschaftler die natürlichen Vorbilder finden, so Predel: „Wir untersuchen, ob es bei diesen Insekten spezialisierte Systeme gibt, die nur für diese Tiere typisch sind. Kurz: Wir nutzen die Spezifika der Tierarten als Angriffsstellen.“ Dafür bieten sich die Neuropeptide besonders an. Bei ihnen gibt es von Tierart zu Tierart oft unterschiedliche und damit artspezifische Sequenzen.

Wenn diese Neuropeptid-Systeme ausgemacht worden sind, sollen strukturähnliche Botenstoffe künstlich generiert und so stabilisiert werden, dass sie von den Insekten nicht mehr schnell abgebaut werden können. „Wenn diese künstlichen Hormone nicht abgebaut werden, dann ergibt sich eine Destabilisierung im Organismus. Wasserhaushalt, Fortpflanzung und Futteraufnahme werden gestört“, erklärt der Wissenschaftler.

Die Kölner Neurobiologen stehen dabei ganz am Anfang der Arbeitskette des internationalen Konsortiums. „Wir checken Spezifika im Hormonsystem der Schädlinge und gleichen die Daten mit dem von Nutzinsekten wie zum Beispiel Honigbienen ab, um sicher zu gehen, dass diese Substanzen da nicht vorkommen.“ Die Erkenntnisse werden dann an die anderen Gruppen weitergegeben, welche die Funktion der ermittelten Hormone im Detail untersuchen, strukturähnliche Substanzen synthetisieren, Applikationsmöglichkeiten testen und Möglichkeiten der kommerziellen Nutzung prüfen.

Zum Schluss kommen die Tiere noch einmal nach Köln. „Wir überprüfen dann noch einmal, ob sich nach Applikation der künstlichen Hormone erkennbare Veränderungen im natürlichen Hormonsystem der Schadinsekten nachweisen lassen. Andere Arten sollten diese Veränderungen dann nicht zeigen.“

An nEUROSTRESSPEP, das von der Universität Glasgow koordiniert wird, nehmen 12 Partner aus Wissenschaft, Politik und Industrie teil: Katholieke Universiteit Leuven, Universitat Gent, The Agricultural Research Organisation of Israel, Stockholms Universitiet, Universität zu Köln, University of Leeds, The Scottish Government, Forestry Commission Research Agency, University of Cape Town, Bruker Daltonik GmbH, Pirbright Institute LBG, Oxitec Limited und Knowledge Transfer Network Limited.

Kontakt: Professor Reinhard Predel
Universität zu Köln
Zoologisches Institut
Neurobiologie/Tierphysiologie
Tel.: 0221/470-5817
E-Mail: reinhard.predel@uni-koeln.de