Ohne Pestizide, Einsatz trotzdem fraglich

Gene mit Hilfe der RNA Interferenz stillzulegen, ist nichts Neues. Dass sich mit dieser Methode äußerst effektiv Kartoffelkäfer bekämpfen lassen, allerdings schon. Denn es kommt offenbar darauf an, wo genau die doppelsträngige RNA produziert wird.

Ende des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata) nach Europa eingeschleppt. Seitdem vermehrten sich die gestreiften Insekten immer weiter und sind heute nahezu weltweit verbreitet. In der Landwirtschaft sind die Tiere gefürchtet, da sie für erhebliche Ernteeinbußen verantwortlich sein können. Denn neben Kartoffelblättern fressen die Käfer und ihre Larven auch die Blätter anderer Nachtschattengewächse, wie zum Beispiel die von Tomaten-, Paprika- oder Tabakpflanzen.

Pestizide zunehmend unwirksam

Da Kartoffelkäfer in vielen Teilen der Erde keine natürlichen Feinde haben, rücken ihnen Landwirte meist mit Pestiziden zu Leibe. Doch im Laufe der Zeit haben die Insekten gegen alle Mittel Resistenzen entwickelt. Wissenschaftler der Max-Planck-Institute für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm und chemische Ökologie in Jena haben nun eine neue, wirksame Waffe gegen die gefräßigen Käfer entwickelt. Mit dem natürlichen Prozess der Genregulation, der RNA-Interferenz (RNAi), können Kartoffelpflanzen sehr erfolgreich vor den Käfern geschützt werden. Allerdings nur, wenn diese Technik in einem ganz bestimmten Teil der Pflanze zum Einsatz kommt.

RNAi: Virenabwehr und Genregulation

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Mit Hilfe der RNA-Interferenz steuern Pflanzen, welche Gene gerade abgelesen werden. Der Mechanismus dient außerdem zur Abwehr bestimmter Viren, die ihr Erbgut in Form von doppelsträngiger RNA in die Pflanzenzelle einschleusen. Damit beabsichtigen die Viren, sich in der Pflanzenzelle zu vermehren. Das RNAi-System erkennt diese fremde RNA und zerlegt sie in viele kleine Stücke. Das Virus ist damit unschädlich. Die kleinen Bruchstücke, die sogenannten siRNAs (small interfering RNAs), kann die Zelle dann wiederum für die Erkennung und Zerstörung der fremden RNA nutzen.

Chloroplasten als alternative Produktionsstätte

Dass sich dieser natürliche Mechanismus auch zum Insektizid umfunktionieren lässt, ist bereits seit längerem bekannt. Dabei bringt man dsRNAs in eine Pflanzenzelle ein, die genau zur Boten-RNA (mRNA) des Ziel-Gens eines gefräßigen Insekts passt. Handelt es sich dabei um ein lebenswichtiges Gen des Schädlings, so wird dieses Gen im Schädling ausgeschaltet und der Schädling stirbt. Soweit die Theorie. In der Praxis ließ sich das Verfahren jedoch nicht immer mit ausreichendem Erfolg umsetzen. „Die Technik hat die Pflanzen nicht vollständig geschützt ", so Ralph Bock vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie. „Schuld daran ist das pflanzeneigene RNAi-System, das die Ansammlung größerer Mengen fremder dsRNA verhindert. Als mögliche Lösung dieses Problems erschien uns deshalb die Produktion von dsRNA in den Chloroplasten."

Diese Zellorganellen in den Blattzellen sind einst aus selbständig lebenden Cyanobakterien entstanden. Sie besitzen daher ein eigenes Erbgut, aber kein RNAi-System. Daher werden auch größere Mengen fremder dsRNA in den Chloroplasten nicht abgebaut- ein entscheidender Grund für  die Forscher, sogenannte transplastomische Kartoffel-Pflanzen herzustellen. Bei diesen Pflanzen ist nicht das Kerngenom, sondern das Genom der Chloroplasten gentechnisch so verändert, dass es doppelsträngige RNA gegen ein lebenswichtiges Gen des Kartoffelkäfers herstellt.

Doppelt hält nicht immer besser

Nach mehreren Versuchen, in denen die Wissenschaftler die Effizienz zweier essentieller Gene ausprobierten, kann sich der Erfolg sehen lassen: „Fressen Larven transplastomische Kartoffelblätter, deren dsRNA gegen das Beta-Aktin-Gen des Käfers gerichtet ist, sterben sie innerhalb von fünf Tagen zu 100 Prozent", erklärt Co-Autor Sher Afzal Khan vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Getestet hatten die Forscher dsRNA gegen Beta-Actin, das für ein lebenswichtiges Protein des Zytoskelettes codiert und gegen das Gen SHR - auch als  Vps32 oder Snf7 bekannt. Dieses Gen codiert für ein Protein, das Teil eines Protein-Komplexes zum Aufbau der Vesikel-Membranen ist. Die Forscher testeten auch dsRNA, die gegen beide Gene gleichermaßen gerichtet war. Diese entpuppte sich in den Versuchen aber als am wenigsten effektiv.

Effektiv, aber auch akzeptiert?

Die Forscher sehen in ihrem Erfolg großes Potenzial: Da Insekten zunehmend Resistenzen gegen chemische Pestizide und auch biologische Mittel wie Bakterientoxine entwickeln, sei die RNAi-Technologie eine zukunftsweisende Strategie in der Schädlingsbekämpfung. Dabei genügt in diesem Fall die gentechnische Veränderung der Blätter, von denen sich die Kartoffelkäfer ausschließlich ernähren. Die Kartoffeln bleiben in ihrer ursprünglichen Form erhalten. So lässt sich die Kartoffelpflanze ohne giftige Chemikalien und ohne die Produktion fremder Proteine in der Pflanze schützen, sagen die Forscher. Dennoch sind auch transplastomische Pflanzen gentechnisch veränderte Organsimen, die von vielen Menschen in Europa grundsätzlich abgelehnt werden. Ob sich die Technologie hierzulande durchsetzen wird, bleibt fraglich.