Pestizide werden vor allem in der konventionellen Landwirtschaft eingesetzt, um Pflanzen vor Schädlingen und Krankheiten zu bewahren und Erträge zu sichern. So notwendig sie gegenwärtig auch noch sind: Umwelt und Artenvielfalt leiden darunter. Daher sind dringend nachhaltige Alternativen gefragt. Nachwuchsforschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) wollen genau das erreichen. In den kommenden fünf Jahren wollen sie erforschen, wie Bakterien auf biotechnologischem Weg ein ökologisch verträgliches Pestizid erzeugen können. Das Projekt PyreComm wird im Rahmen der Nationalen Bioökonomiestrategie vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 2,7 Mio. Euro gefördert.

Biopestizid aus Pflanzen nachahmen 

Ein Team um Elmo Wilken vom Institut für Quantitative und Theoretische Biologie der HHU nimmt dafür die Dalmatinische Insektenblume (Tanacetum cinerariifolium) ins Visier. Die Pflanze, die auch als Insektenpulverkraut bekannt ist, produziert natürliche Biopestizide. Die sogenannten Pyrethrine zersetzen sich schnell in der Umwelt, sind gegen Schadinsekten hochwirksam und für Säugetiere nur in geringem Maße toxisch. Eine Herstellung von Pyrethrin auf pflanzlicher Basis wäre jedoch sehr teuer. 

Bakterielle Produktion von Pyrethrinverbindungen

In den kommenden Jahren will die Nachwuchsforschungsgruppe daher einen skalierbaren, halbsynthetischen und nachhaltigen Bioprozess zur Herstellung dieser Pyrethrinverbindungen entwickeln. Dafür sollen Bakterien der Art Vibrio natriegens so programmiert werden, dass sie die Biopestizide produzieren. „Wir teilen den Biosyntheseweg von Pyrethrin aber auf mehrere Mitglieder einer bakteriellen Gemeinschaft auf“, erläutert Wilken. „Dadurch wird für die einzelnen Bakterien die Belastung eines vollständigen Produktionsprozesses in einer Zelle verringert, was den Gesamtprozess effizienter macht.“ So könne auch die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit des mikrobiellen Prozesses potenziell erhöht werden.

Herstellung eines kostengünstigen Biopestizids

Damit die bakteriellen Gemeinschaften so effizient wie möglich agieren, wollen die Forschenden sie mithilfe „moderner Stoffwechselmodellierung in Verbindung mit neuester Messtechnik“ verändern und schließlich in einem Bioreaktor mit einem holzbasierten Substrat kultiviert werden. So wird nicht nur der Kreislauf zwischen Landwirtschaft und Biopestizidproduktion geschlossen, sondern auch der Weg für ein kostengünstiges Biopestizid geebnet. Aber nicht nur das: „Konkret wird unser Projekt einen Anteil daran haben, durch synthetische Pestizide verursachte ökologische Schäden zu reduzieren“, sagt Wilken. 

bb