Mikrobologie in kleinen Häppchen
Klasse Kumpels und falsche Freunde
Auf deiner Haut leben unzählige Mikroorganismen. Sie sind deine Freunde: sie schützen dich vor mikrobiellen Eindringlingen. Dieser Verteidigungsmechanismus ähnelt dem von Pflanzen. Denn Pflanzen haben, genauso wie wir, mikrobielle Freunde damit sie trotz ständiger Bedrohung durch Krankheitserreger gedeihen können.
Ein Forschungsteam um Christine Vogel von der ETH in Zürich untersuchte Bakterien auf dem Modellorganismus Arabidopsis thaliana (ein Verwandter von Senf, Blumen- und Weißkohl). Das Team fand heraus, dass die arme Arabidopsis-Pflanze in vielen unfairen Freundschaften verwickelt ist.
In der Natur fördert Arabidopsis das Wachstum hunderter Bakterienarten auf ihren Blättern. Im Gegenzug helfen diese Symbionten der Pflanze, schädliche Mikroben zu bekämpfen. Diese Zusammenarbeit heißt Mutualismus. Das Forschungsteam fragte sich, ob alle Symbionten für die Pflanze nützlich sind, oder ob es sich bei manchen der Beziehungen um einseitige Freundschaften handelt. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen züchteten hunderte Pflanzen, jede mit nur einem Symbionten. Daraufhin infizierten sie alle Pflanzen mit dem gleichen Pathogen und beobachteten die Gesundheit der Pflanzen. Waren sie, trotz Krankheitserreger, noch gesund? So hatte der Symbiont geholfen. War die Pflanze krank? So hatte der Symbiont nichts gemacht! Aus 224(!) getesteten Bakterien zeigten sich nur 20% bereit, ihren Wirt zu schützen. War es der Mehrheit wirklich egal?
Auch sowas kann man im Labor testen! Das Forschungsteam züchtete eine genetische Variante der Arabidopsis mit geschwächtem Immunsystem. In diese Variante war ein Gen beschädigt, das für die Detektion von Mikroben (egal ob Freund und Feind) essentiell ist . Würden nun mehr Bakterien der Pflanze in Not zu Hilfe kommen? Die Antwort lautet: nein. Schlimmer noch: Der geschwächten Pflanze halfen sogar noch weniger Symbionten!
In zwei Fällen entlarvten sich die Symbionten sogar als Verräter. Zwei Bakterienarten der Gattung Xanthomonas halfen zwar gesunden Pflanzen, griffen aber geschwächte Pflanzen an, noch ehe der eigentliche Krankheitserreger diese befallen konnte. Solche verräterischen Mikroben nennen sich opportunistische Erreger und sind auch in unserem Magen-Darm-Trakt oder auf unserer Haut zu finden.
Das Schweizer Forschungsteam vermutete, dass die Schwächung des pflanzlichen Immunsystems auch die Kommunikation zwischen Pflanze und Mikroben unterbrach. Um diese Hypothese zu untersuchen, verwendeten sie Bakterien der Gattung Rhizobium, weil in dieser Gattung sowohl Freunde als auch Feinde der Arabidopsis vertreten sind. Vergleicht man die Mitglieder dieser zwiegespaltenen Gattung untereinander, fallen vor allem Unterschiede in den Genen für Sekretionssysteme auf, d.h. den Kommunikationskanälen der Bakterien. Das Forschungsteam manipulierte diese Kommunikationskanäle eines Freundes der Arabidopsis. Das Ergebnis: Der bakterielle Freund half Arabidopsis nicht mehr bei der Abwehr von Erregern.
Und die Moral von der Geschicht’: Freundschaften brauchen Kommunikation! Egal ob als Mensch in Zeiten einer globalen Pandemie, oder als Pflanze oder Bakterium. Diese wissenschaftliche Entdeckung bietet neue Inspiration für Pflanzenzüchter, wie man die Resistenz von Pflanzen gegen Erregern stärken kann. Das ist wichtig, weil unseren wichtigsten Pflanzen – die Nutzpflanzen – es oftmals nicht von alleine schaffen, sich zu verteidigen. Heutzutage ist die Ernährungssicherung noch stark auf den Einsatz von Pestiziden angewiesen, die jedoch schädlich für die Umwelt und teilweise auch für uns Menschen sind. Mit widerstandsfähigeren Pflanzen könnten Pestizide bald der Vergangenheit angehören.
Link zum Originalartikel: Vogel, C.M., Potthoff, D.B., Schäfer, M. et al. Protective role of the Arabidopsis leaf microbiota against a bacterial pathogen. Nat Microbiol 6, 1537–1548 (2021). https://doi.org/10.1038/s41564-021-00997-7
Titelbild: https://researchoutreach.org/articles/subcellular-dissection-plant-immunity-towards-bacteria/
Übersetzt von Steven Pilon
micro-bites.org 