07.07.2010

Basisinfo

Gentechnik: Insektenresistenz

Mit den Waffen von Bakterien gegen Fraßinsekten

Pflanzen produzieren ihre Insektizide selbst und wehren damit ihre Fraßfeinde ab. Die Gentechnik hat grundsätzlich neue Wege im Pflanzenschutz eröffnet. Mais und Baumwolle mit gentechnisch vermittelter Insektenresistenz werden in vielen Ländern bereits großflächig angebaut.

Seit Anfang des vorigen Jahrhunderts ist bekannt, dass Bacillus thuringiensis (Bt), ein überall, vor allem im Boden vorkommendes Bakterium, eine giftige Wirkung auf bestimmte Insekten hat und sie abtötet. Ursache dafür ist das von den Bakterien gebildete Bt-Protein,

Wie bei allen Proteinen ist auch beim Bt-Protein die „Bauanleitung“ in einer bestimmten DNA-Abfolge (Gen) verschlüsselt. Das Gen wird abgelesen und das jeweilige Protein produziert - das ist in einer Bakterienzelle nicht grundsätzlich anders als in einer Pflanze. Wird das aus Bakterien isolierte Bt-Gen in das Erbgut einer Pflanze eingeschleust, dann führen deren Zellen den „Befehl“ des fremden Gens aus: Die Pflanze enthält nun selbst das Bt-Protein. Fraßinsekten, die auf Bt-Protein empfindlich reagieren, nehmen mit Pflanzenteilen den für sie tödlichen Wirkstoff auf. Wenn das Konzept funktioniert, dann brauchen gegen diese Schädlinge keine Insektizide mehr gespritzt zu werden.

Wichtigste Bt-Pflanze: Mais

Schon in den achtziger Jahren gab es erste Berichte über den Einbau von Bt-Genen in Pflanzen, zunächst bei Tabak und Tomaten. 1995 schließlich wurde die erste Bt-Pflanze, Bt-Mais, in den USA zugelassen.

Bei Mais erschien das Bt-Konzept besonders attraktiv, da es erstmals die Bekämpfung der Maiszünsler-Raupen in der Pflanze ermöglichte. Bt-Mais wird nun schon seit mehr als einem Jahrzehnt insbesondere in den USA großflächig angebaut. 2010 wuchs dort auf 16 Prozent der gesamten Maisanbaufläche insektenresistenter Bt-Mais und auf weiteren 47 Prozent Bt-Mais mit einer Kombination von Insekten- und Herbizidresistenz. Auch in der EU ist der Bt-Mais MON810 für den Anbau zugelassen und wird vor allem in Spanien, Tschechien, Rumänien und Portugal kommerziell eingesetzt.

In den letzten Jahren rückt ein weiterer Maisschädling, der Maiswurzelbohrer, der sich auch in Europa kontinuierlich ausbreitet, zunehmend ins Blickfeld. Seit 2003 ist in den USA Bt-Mais gegen den Wurzelbohrer zugelassen und wird seitdem großflächig angebaut. Inzwischen sind auch Sorten auf dem Markt, die verschiedene Varianten des Bt-Proteins gegen beide Maisschädlinge kombinieren.

Bt nicht nur bei Mais

Doch nicht nur in Mais wurden Bt-Gene übertragen. Je nach den Schädlingen, die eine Pflanze abwehren soll, werden Gene für unterschiedliche Protein-Varianten übertragen, etwa:

• Maizünsler: Bt-Protein Cry1Ab (cry=crystal protein)
• Maiswurzelbohrer: Cry3Bb1
• Baumwollkapselwurm : Cry1Ac
• Kartoffelkäfer: Cry3A

Verteilung in der Pflanze

Bt-Pflanzen und -sorten unterscheiden sich nicht nur durch die jeweilige Variante, sondern auch durch die Menge des produzierten Bt-Proteins und dessen Verteilung in der Pflanze.

Die ersten kommerziell angebauten Bt-Maispflanzen enthielten in allen Pflanzenteilen - Pollen, Stängel, Maiskolben - hohe Bt-Protein-Mengen. Sie waren höher als notwendig, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Neuere Bt-Maissorten produzieren Bt-Protein nicht nur in geringeren Mengen, sondern auch nur da, wo es benötigt wird. Heute werden Bt-Gene mit gewebespezifischen Promotoren versehen, die nur in bestimmten Pflanzenteilen „anspringen“. So bildet der in den letzten Jahren entwickelte Bt-Mais gegen den Maiswurzelbohrer das Bt-Protein vor allem in den Wurzeln.

Resistenzbildung bei Maiszünsler und Maiswurzelbohrer

Dass Fraßinsekten mit der Zeit Resistenzen entwickeln gegen die eingesetzten Insektizide, ist nichts Neues. Bis auf vereinzelte Fälle ist dieses bei den klassischen Bt-Präparaten bisher nicht geschehen. Befürchtet wird, dass ein großflächiger Anbau von Bt-Pflanzen die Resistenzbildung beschleunigt. Dadurch würde auch die Wirkung der klassischen Präparate entwertet und der ökologische Landbau ein für ihn wichtiges Pflanzenschutzmittel verlieren.

In den USA wird der Anbau von Bt-Pflanzen durch ein obligatorisches Resistenzmanagement begleitet. Danach müssen anteilig Refugien-Flächen mit konventionellen Sorten ohne Bt-Protein gepflanzt werden.

Es zeigte sich, dass viele Befürchtungen nicht eingetreten sind. Die Resistenzbildung bei Maiszünslern gegen das Bt-Protein scheint sich erheblich langsamer zu entwickeln als es vor einigen Jahren erwartet wurde.

Verschiedene SiFo-Projekte haben sich mit den Mechanismen der Resistenzbildung bei Maiszünsler und Westlichem Maiswurzelbohrer beschäftigt.

Bt-Proteine werden im Darm der Insekten in einem mehrstufigen Prozess durch das Zusammenwirken mit verschiedenen insekteneigenen Proteinen aktiviert. Seit mehreren Jahren ist bekannt dass hierbei das Protein Cadherin ein wichtige Rolle spielt. 2011 fanden Wissenschaftler heraus, dass Resistenzen durch Mutationen des Cadherin-Proteins verursacht werden können. Um solchen Resistenzen entgegenzuwirken, haben sie veränderte Bt-Proteine hergestellt, die zur Aktivierung im Insektendarm nicht mehr an das Cadherin-Protein binden müssen. Erste Tests haben gezeigt, dass solche Bt-Proteine nun tatsächlich wieder gegen resistente Schadinsekten wirksam sind. In einigen Fällen blieb diese Methode jedoch wirkungslos. Die molekularen Ursachen hierfür werden weiter erforscht.