Wer einmal die Masern hatte oder erfolgreich gegen Masern geimpft wurde, ist geschützt. Das menschliche Immungedächtnis macht das möglich. Wenn der Erreger erneut auftaucht, sind die entsprechenden Antikörper schon da. Dieser Mechanismus fehlt bei Pflanzen. Aber auch Pflanzen besitzen ein lernfähiges Abwehrsystem. Wie das funktioniert, erforscht Uwe Conrath vom Lehr- und Forschungsgebiet Biochemie und Molekularbiologie der Pflanzen an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, RWTH, Aachen.
"Wenn man beispielsweise eine Gurkenpflanze auf einem unteren Blatt infiziert mit einem Pilz, und wartet dann einige Tage und infiziert die Pflanze noch einmal. Dann wird man sehen, dass sie überhaupt keine Schadsymptome zeigt. Sie hat also eine erhöhte Resistenz aufgebaut gegenüber diesem Erreger, gegen den sie normalerweise empfindlich ist."
Eindeutig eine Art pflanzliches Immungedächtnis. Da Antikörper und Abwehrzellen fehlen, muss die Pflanze auf andere Weise die Information über den Schädlingsangriff speichern. So ist sie vorbereitet und kann den Erreger beim nächsten Angriff draußen halten, ihn vergiften oder infizierte Zellen rechtzeitig absterben lassen. Die unterschiedlichen Ábwehrmechanismen könnten durch den Erstbefall eingeschaltet werden und ständig aktiv bleiben. Aber Abwehr als Dauerzustand ist belastend und energieaufwendig, auch für Pflanzen. Uwe Conrath und seine Mitarbeiter suchten deshalb nach einem anderen Mechanismus. Bei der Untersuchung einer ihrer Versuchspflanzen der Art Arabidopsis thaliana, zu deutsch Ackerschmalwand, wurden sie fündig.
"Sie wirft nicht die Abwehr in den nicht befallenen Blättern an, sondern sie legt molekulare Schalter an, die notwendig sind, um die Abwehr nachher einzuschalten. Und weil diese Schalter schon da sind, funktioniert bei einer zweiten Attacke des Erregers die Abwehr sehr viel besser."
Der Schalter versetzt die Pflanze in eine Art Bereitschaft. Alarmstufe 1! Sie besagt: Ein Erreger hat bereits ein Blatt befallen, und ein weiterer Angriff könnte bevorstehen. Uwe Conrath und Mitarbeiter haben durch biochemische Untersuchungen den molekularen Alarmschalter entdeckt. Die Eiweißmoleküle MAP-Kinase 3 und MAP-Kinase 6 werden nach dem Erstbefall produziert und versetzen alle Blätter in Bereitschaft.
"Wir haben drei untere Blätter mit Bakterien infiziert, haben einige Tage gewartet, und haben dann in den oberen Bereichen der Pflanze geschaut, ob dort diese molekularen Schalter abgelegt werden und ob dort diese erhöhte Resistenz zu finden ist. Und beides war der Fall."
Damit ist nachgewiesen: Die Schaltereiweiße sind ein immunologisches Gedächtnis. Das Ackerunkraut Arabidopsis erinnert sich gewissermaßen an die erste Infektion, und die Abwehr ist fortan in allen Blättern in Bereitschaft. Allerdings bleibt diese molekulare Erinnerung nur einige Wochen erhalten. Ständige, andauernde Bereitschaft, das wäre auch für Pflanzen zu anstrengend. Die Forscher untersuchen jetzt, ob ihre Erkenntnisse auch für landwirtschaftliche Nutzpflanzen gelten. Sie haben die Hoffnung, dass sich das botanische Immungedächtnis für den Pflanzenschutz nutzen lässt. Uwe Conrath hat bereits Kontakte zur Industrie geknüpft.
"Wir haben – und das ist erstaunlich – festgestellt, dass es Pestizide gibt, also Pflanzenschutzmittel, die auch diese erworbene Immunität hervorrufen. Und das Schöne ist: Diese erworbene Immunität wirkt nicht nur auf Erreger, sondern auch gegen abiotischen Stress, insbesondere gegen Trockenheit und Kälte."
Eigentlich wollten die Pestizidentwickler Giftstoffe gegen Schädlinge finden. Zufällig entdeckten sie anscheinend auch Stoffe, die die Pflanzen tatsächlich schützen, in dem sie die pflanzliche Abwehr warnen: vor Schädlingen, aber auch vor anderen Herausforderungen des Pflanzenlebens.
"Wenn man beispielsweise eine Gurkenpflanze auf einem unteren Blatt infiziert mit einem Pilz, und wartet dann einige Tage und infiziert die Pflanze noch einmal. Dann wird man sehen, dass sie überhaupt keine Schadsymptome zeigt. Sie hat also eine erhöhte Resistenz aufgebaut gegenüber diesem Erreger, gegen den sie normalerweise empfindlich ist."
Eindeutig eine Art pflanzliches Immungedächtnis. Da Antikörper und Abwehrzellen fehlen, muss die Pflanze auf andere Weise die Information über den Schädlingsangriff speichern. So ist sie vorbereitet und kann den Erreger beim nächsten Angriff draußen halten, ihn vergiften oder infizierte Zellen rechtzeitig absterben lassen. Die unterschiedlichen Ábwehrmechanismen könnten durch den Erstbefall eingeschaltet werden und ständig aktiv bleiben. Aber Abwehr als Dauerzustand ist belastend und energieaufwendig, auch für Pflanzen. Uwe Conrath und seine Mitarbeiter suchten deshalb nach einem anderen Mechanismus. Bei der Untersuchung einer ihrer Versuchspflanzen der Art Arabidopsis thaliana, zu deutsch Ackerschmalwand, wurden sie fündig.
"Sie wirft nicht die Abwehr in den nicht befallenen Blättern an, sondern sie legt molekulare Schalter an, die notwendig sind, um die Abwehr nachher einzuschalten. Und weil diese Schalter schon da sind, funktioniert bei einer zweiten Attacke des Erregers die Abwehr sehr viel besser."
Der Schalter versetzt die Pflanze in eine Art Bereitschaft. Alarmstufe 1! Sie besagt: Ein Erreger hat bereits ein Blatt befallen, und ein weiterer Angriff könnte bevorstehen. Uwe Conrath und Mitarbeiter haben durch biochemische Untersuchungen den molekularen Alarmschalter entdeckt. Die Eiweißmoleküle MAP-Kinase 3 und MAP-Kinase 6 werden nach dem Erstbefall produziert und versetzen alle Blätter in Bereitschaft.
"Wir haben drei untere Blätter mit Bakterien infiziert, haben einige Tage gewartet, und haben dann in den oberen Bereichen der Pflanze geschaut, ob dort diese molekularen Schalter abgelegt werden und ob dort diese erhöhte Resistenz zu finden ist. Und beides war der Fall."
Damit ist nachgewiesen: Die Schaltereiweiße sind ein immunologisches Gedächtnis. Das Ackerunkraut Arabidopsis erinnert sich gewissermaßen an die erste Infektion, und die Abwehr ist fortan in allen Blättern in Bereitschaft. Allerdings bleibt diese molekulare Erinnerung nur einige Wochen erhalten. Ständige, andauernde Bereitschaft, das wäre auch für Pflanzen zu anstrengend. Die Forscher untersuchen jetzt, ob ihre Erkenntnisse auch für landwirtschaftliche Nutzpflanzen gelten. Sie haben die Hoffnung, dass sich das botanische Immungedächtnis für den Pflanzenschutz nutzen lässt. Uwe Conrath hat bereits Kontakte zur Industrie geknüpft.
"Wir haben – und das ist erstaunlich – festgestellt, dass es Pestizide gibt, also Pflanzenschutzmittel, die auch diese erworbene Immunität hervorrufen. Und das Schöne ist: Diese erworbene Immunität wirkt nicht nur auf Erreger, sondern auch gegen abiotischen Stress, insbesondere gegen Trockenheit und Kälte."
Eigentlich wollten die Pestizidentwickler Giftstoffe gegen Schädlinge finden. Zufällig entdeckten sie anscheinend auch Stoffe, die die Pflanzen tatsächlich schützen, in dem sie die pflanzliche Abwehr warnen: vor Schädlingen, aber auch vor anderen Herausforderungen des Pflanzenlebens.