Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Bakterien-Toxine gegen resistente Pflanzenschädlinge

19.10.2011
Wissenschaftler aus USA, Mexiko, China und Deutschland entwickeln Bt-Toxine, mit denen auch resistente Maiszünsler bekämpft werden können.

Toxine aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt-Toxine) werden im ökologischen und konventionellen Landbau gegen Raupen eingesetzt. Als Pflanzenschutzmittel versprüht oder in gentechnisch veränderten Pflanzen erzeugt, minimieren sie Fraßschäden in Gemüse, Mais oder Baumwollkulturen.


Amerikanische Tabakeule (Heliothis virescens)
Melanie Marr, MPI für chemische Ökologie


Baumwollkapselwurm (Helicoverpa armigera)
Suyog Kuwar, MPI für chemische Ökologie

Bt-Toxine sind seit 1938 im Einsatz, seit 1996 wirken sie in transgenen Nutzpflanzen erfolgreich gegen Maiszünsler, Maiswurzelbohrer, Baumwollkapselwurm und die amerikanische Tabakeule − eine Mottenart. Im Laufe der Jahre haben sich Bt-resistente Schädlinge im organischen und konventionellen Landbau entwickelt. Wissenschaftler haben daher die Bt-Toxine Cry1Ab und Cry1Ac in ihrer molekularen Struktur verändert, um die Resistenz zu brechen. Die neuartigen Toxine Cry1AbMod und Cry1AcMod wirken gegen fünf resistente Raupenarten, darunter Kohlmotte, Baumwollkapselwurm und Maiszünsler. Cry1AbMod und Cry1AcMod könnten allein oder in Kombination mit anderen Bt-Toxinen im Pflanzenschutz eingesetzt werden. (NATURE Biotechnology, advance online publication, DOI: 10.1038/nbt.1988)

Die Entwicklung der modifizierten Bt-Toxine beruht auf Ergebnissen zum Wirkmechanismus von Cry1Ab und Cry1Ac. Warum haben die in B. thuringiensis natürlich vorkommenden Cry-Proteine eine solche durchschlagende giftige Wirkung gegen viele verschiedene pflanzenfressende Insekten? Schon vor einigen Jahren fanden Forscher im Darm von Raupen ein Bt-Toxin bindendes Protein; die Bindung löst das Absterben der Darmzellen und damit den schnellen Tod der Schädlinge aus. Es handelt sich um so genannte Cadherine. Mutationen eines bestimmten Cadherins können Raupen gegen das Toxin resistent machen. Molekulare Analysen zeigten, dass die Bindung an Cadherin das Entfernen eines Strukturelements im Molekül, einer so genannten alpha-Helix, in den Cry-Proteinen bewirkt, was den Zelltod − wahrscheinlich durch Cry-vermittelte Porenbildung in den Zellmembranen − auslöst.

Wissenschaftler aus den Gruppen um David G. Heckel an der Clemson University, South Carolina, USA, und der Universität Melbourne, Australien, entdeckten dann, dass mutierte Cadherine eine Bt-Resistenz verursachen. Sollten Cadherin-Mutationen oder die Abwesenheit von Cadherin zur Resistenz bestimmter Schädlinge geführt haben, müsste diese Resistenz mittels Bt-Toxinen zu brechen sein, die von vornherein die entscheidende alpha-Helix nicht mehr aufweisen und folglich auch ohne Cadherin wirken müssten. Cry1AbMod und Cry1AcMod, die von mexikanischen Wissenschaftlern um Mario Soberón und Alejandra Bravo entwickelt wurden, stellen exakt diese neuartigen Bt-Toxine dar.

"Erstaunt waren wir allerdings über die Ergebnisse unserer Experimente, in denen wir zwölf resistente und nicht-resistente Stämme aus fünf bedeutenden Schädlingsarten überprüft haben: Die neuen Bt-Toxine wirkten nämlich auch gegen Stämme, deren Bt-Resistenz nicht auf Cadherin-Mutationen basiert", so David G. Heckel, Direktor der Abteilung Entomologie am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena und Ko-Autor der Studie. Besonders auffallend war eine 350-fach stärkere Wirkung verglichen mit den natürlichen Toxinen Cry1Ab und Cry1Ac gegen einen Bt-resistenten Maiszünsler und einen resistenten Kohlmottenstamm.

Dazu kam die ebenso interessante Beobachtung, dass die neuen Toxine sich als effektiv gegen einen resistenten Stamm der amerikanischen Tabakeule (Heliotis virescens) erwiesen, der zwar eine Cadherin-Mutation besitzt, jedoch zusätzlich auch eine resistenzvermittelnde Mutation in einem molekularen Transportprotein aufweist. Umgekehrt wirkten die neuen Toxine nur schwach gegen einige Stämme, deren die Bt-Resistenz nur auf verändertem Cadherin beruht.

Würden sich die beiden neuartigen Bt-Toxine im Landbau als brauchbar erweisen, so sollten verschiedene Bt-Toxine in Kombination eingesetzt werden, um den Landwirten eine sichere Wirkung gegen Fraßschädlinge zu garantieren. Auch sind sich die Biologen darüber einig, dass Maßnahmen zur Verminderung des Auftretens resistenter Schädlinge konsequent eingehalten und die Landwirte darüber ausführlich informiert werden sollten. Dazu gehören vor allem die Anwendung unterschiedlicher Pflanzenschutzmittel gegen Insektenfraß, Fruchtfolgen und ein paralleles Aussäen von nicht-Bt-Pflanzen in Feldern, in denen transgene Bt-Sorten zum Einsatz kommen. [JWK]

Originalveröffentlichung:
Tabashnik, B. E., Huang, F., Ghimire, M. N., Leonard, B. R., Siegfried, B. D., Rangasamy, M., Yang, Y., Wu, Y., Gahan, L. J., Heckel, D. G., Bravo, A., Soberón, M. (2011). Efficacy of genetically modified Bt toxins against insects with different genetic mechanisms of resistance. NATURE Biotechnology. doi: 10.1038/nbt.1988.
Weitere Informationen:
David G. Heckel, MPI chemische Ökologie, Jena
Tel.: 03641 - 57 1500, heckel@ice.mpg.de
Bildmaterial:
Angela Overmeyer M.A., Tel. 03641 - 57 2110, overmeyer@ice.mpg.de
oder per Download via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de
http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics