Altes Wissen von den Ameisen lernen
Forscher der TU Wien untersuchen Pilze, die für Blattschneiderameisen schädlich sind: So erfahren sie Nützliches für unsere Landwirtschaft, etwa, wie der Pilz Trichoderma als biologischer Schimmelkiller wirkt.
Was gut für den Menschen ist, kann schlecht für die Tiere sein – und umgekehrt. Diesem Ansatz folgen Mikrobiologen vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien. Sie untersuchen Pilze, die in Ameisenkolonien schädlich sind, um Pilze besser zu verstehen, die für unsere Landwirtschaft nützlich sind. „Ameisen betreiben schon seit über 50 Millionen Jahren Landwirtschaft, wir Menschen seit kaum 12.000 Jahren“, sagt Forschungsgruppenleiterin Irina Druzhinina.
Sie nutzt gern die Erfahrung, die Ameisen bei der Bekämpfung von Schädlingen in ihrer Landwirtschaft haben, um einen Nutzen für unsere Ernte auf den Feldern zu sehen. Blattschneiderameisen bringen kleine Stücke von Pflanzenmaterial in ihre Nester, wo sie Pilzkolonien damit füttern. Die Pilze verdauen die Pflanzen, die Ameisen fressen die Pilze. Sie sind also Schwammerlfresser, die viel Wert darauf legen, dass es den Pilzen gut geht. „Es gibt einen evolutionär sehr alten Pilz, Escovopsis weberi, der als Parasit in solchen Ameisenpilzgärten lebt“, erzählt Druzhinina. Sie will wissen: Wie schafft es der parasitische Pilz, sich von den Ameisenzuchtpilzen zu ernähren, ohne sich selbst zu schaden?
Pilze verdauen Pilze
„Pilze haben ja keine Krallen und Zähne, sie scheiden giftige Chemikalien aus, die das Pilzmaterial zersetzen, das sie dann verdauen. Aber wie gelingt es den parasitischen Pilzen, dass diese Chemikalien nicht ihnen selbst schaden?“
Der Mechanismus ist wichtig, wenn man wissen will, wie ein anderer Pilz, Trichoderma, auf unseren Feldern nützlich wirkt. Dieser wird vielfach zur biologischen Kontrolle von schädlichem Schimmel und Pilzen bei Getreide und anderen Nutzpflanzen eingesetzt. Der Pilz wirkt zum Beispiel gegen Fusarium, einen sehr häufigen Schimmelpilz. „Fusarium tötet die Pflanze zwar nicht, aber seine Gifte verringern die Qualität der Getrei- deernte“, sagt Druzhinina. Auch in Österreich wird die Belastung durch giftige Mykotoxine, die von Fusarium stammen können, streng kontrolliert.
Welche Mechanismen erlauben den guten Trichoderma- Pilzen, die bösen Fusarium- Pilze anzugreifen und sich selbst dabei nicht zu schaden? Das ist eine der Fragen, die das Team der TU Wien im Vergleich mit Pilzen herausfinden will, die in den Pilzgärten der Ameisen Schaden anrichten.
Das Projekt wird von US-Forschern in Atlanta geleitet. „Hier in Wien haben wir keine Blattschneiderameisen im Labor, sondern wir züchten nur die Pilze“, erklärt Druzhinina. Sie selbst fährt circa einmal pro Jahr auf Exkursion, um frisches Biomaterial zu sammeln. „Doch oft sind meine Kollegen effizienter beim Sammeln von Ameisen und Pilzen“, schmunzelt sie.
Das Ziel ist, den Einsatz von chemischen Pilzschutzmitteln zu reduzieren und die Langzeiteffekte des biologischen Pilzschutzes abzuschätzen. „Einerseits wollen wir die Pestizide auf den Feldern durch Mikroorganismen ersetzen, die effizient gegen Pflanzenkrankheiten schützen. Andererseits wollen wir das Ökosystem nicht durcheinan-
sind giftige Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen, die sich auf Pflanzen oder Lebensmitteln ausbreiten. Über 300 Mykotoxine sind bekannt, viele aber noch unentdeckt.
ist ein Schimmelpilz, der auch in Österreich Getreide und Mais befällt. Dadurch wird die Ernte mit Mykotoxinen verunreinigt. Trichodermapilze können sich von Fusariumpilzen ernähren und so den Schädlingsbefall einschränken. derbringen, wenn wir fremde Mikroorganismen einsetzen“, sagt Druzhinina. „Wir wollen kein Desaster wie damals verursachen, als man in Australien Hasen und Ziegen zur Schädlingsbekämpfung ausgesetzt hat, die später selbst zur Plage wurden.“Ihr Team untersucht also, wie sicher es ist, einen pilzfressenden Pilz auf Getreidefeldern auszusetzen.
„Welche nützlichen Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Mikroorganismen werden beeinflusst? In der Bevölkerung ist die Unterstützung für Biolandwirtschaft sehr hoch, doch auch biologische Kontrolle kann aggressiv sein.“Deswegen ist ein System wie das der Ameisen, das seit Zigmillionen Jahren existiert, ein guter Vergleich für Langzeiteffekte.
Und ganz nebenbei kann das Team im Studium der Pilzzellen auch nach neuen Genen suchen, die man in der industriellen Mikrobiologe einsetzen kann. Druzhininas Gruppe ist darauf spezialisiert, Hefepilze, Bakterien und andere Mikroben zu „Zellfabriken“zu machen.
Zellfabriken optimieren
Die Mikroorganismen produzieren Enzyme für die Industrie, also etwa zellulosespaltende Enzyme, die bei der Herstellung von Biotreibstoff oder von Chemikalien aus Pflanzenmaterial wichtig sind. Jede dieser Zellen kann stets weiter optimiert werden, um noch mehr und schneller das richtige Gemisch an Enzymen zu produzieren. „Deswegen suchen wir nach Genen und Mechanismen, die einem Mikroorganismus helfen, das gewünschte Enzym rasch zu bilden.“Diese Projekte der „angewandten Mikrobiologie“laufen in enger Kooperation mit Industriepartnern.