Kartoffelkäfer sind in der Landwirtschaft gefürchtete Schädlinge. Und es fällt immer schwerer, sie mit Pestiziden in die Schranken zu weisen. Ralph Bock, Biologe am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam, kennt das Problem:
"Es gibt über 20 verschiedene chemische Substanzklassen von Pestiziden. Und über die Jahre hat es der Kartoffelkäfer geschafft, Resistenz gegen alle diese Substanzklassen zu entwickeln."
Neue Strategien im Kampf gegen den Kartoffelkäfer sind also gefragt. Ralph Bock greift dafür im Rahmen seiner Forschung in die genetische Trickkiste und setzt auf RNA-Interferenz. So heißt eine Technik, mit der sich einzelne Gene in einem Organismus gezielt ausschalten lassen.
"Wir haben jetzt diesen Mechanismus ausgenutzt, um durch Produktion von doppelsträngiger RNA in der Pflanze ein lebensnotwendiges Gen in einem Fraßinsekt, dem Kartoffelkäfer, abzuschalten, sodass der Käfer und seine Larven beim Fressen an der Pflanze sterben, weil sie ein lebenswichtiges Genprodukt verlieren."
Ralph Bock hat in Laborversuchen Kartoffelpflanzen gentechnisch so verändert, dass sie in ihren Blättern doppelsträngige RNA-Moleküle bilden, sogenannte dsRNA. Deren Sequenz entspricht der eines Gens des Kartoffelkäfers, das ausgeschaltet werden soll. Fressen die Käfer an den Blättern, gelangt die dsRNA in ihren Körper. Zum Ausschalten des Gens kommt es dann durch einen natürlichen Abwehrmechanismus der Zellen: Normalerweise besitzen Viren doppelsträngige RNA. Die Zellen vieler Organismen wie eben dem Kartoffelkäfer zerschneiden deshalb jede auftauchende dsRNA zum eigenen Schutz in kurze einsträngige Stücke. Allerdings machen sie da noch nicht halt. Sie zerstören danach auch alle weiteren RNA-Moleküle, die die gleiche Sequenz wie die dsRNA besitzen. Zum Opfer fällt ihnen dann jene sogenannte Boten-RNA, die Proteinbaupläne von den Genen im Zellkern an die eigentlichen Proteinfabriken in der Zelle liefert. Auf diese Weise kann die RNA-Interferenz gezielt die Produktion lebenswichtiger Proteine unterbinden.
"Wir waren selbst überrascht davon, wie effizient das war. Nach nur drei Tagen auf unseren Kartoffelpflanzen waren alle Larven des Kartoffelkäfers abgestorben. Man kann also tatsächlich mit dieser Technologie einen mehr oder weniger vollständigen Schutz der Pflanze vor dem Fraßschädling erreichen."
Resistenzentwicklung verzögern
Damit das auch wirklich so gut funktioniert, musste Ralph Bock allerdings noch einen weiteren Trick anwenden. Denn Pflanzen besitzen in ihren Zellen auch einen RNA-Interferenz-Mechanismus. Das heißt: Wenn sie auf Basis gentechnisch eingefügter Gene doppelsträngige RNA bilden, wird diese normalerweise gleich wieder in kleine Stücke gehackt. Deshalb können sich eigentlich keine für den Pflanzenschutz ausreichende Mengen an dsRNA in den Blättern anreichern. Um dieses Ziel dennoch zu erreichen, veränderte Ralph Bock die Kartoffelpflanzen so, dass sie die dsRNA nicht im Zellkern bilden, sondern in ihren Chloroplasten. Diese Zellorganellen besitzen ein eigenes kleines Erbgut.
"Die Chloroplasten, das sind also die Solarkraftwerke der Zelle, die die Lichtenergie in chemische Energie umwandeln, die Fotosynthese betreiben. Und diese Chloroplasten besitzen im Unterschied zum Zellkern keinen RNA-Interferenzmechanismus, sodass es möglich ist große Mengen langer, doppelsträngiger RNA in diesen Chloroplasten zu produzieren."
Die DNA der Chloroplasten genetisch zu verändern, bietet noch weitere Vorteile gegenüber der klassischen Grünen Gentechnik, die mit der DNA im Zellkern arbeitet. Chloroplasten werden nur mütterlich vererbt, sie sind nicht im Pollen von Pflanzen enthalten. Eine unkontrollierte Auskreuzung ist damit weitgehend ausgeschlossen. Auch die mögliche Resistenzentwicklung beim Pflanzenschutz per RNA-Interferenz gilt als beherrschbares Problem.
"Wir denken, dass wir zumindest die Resistenzentwicklung verzögern, vielleicht sogar verhindern können, weil die Anzahl der lebensnotwendigen Gene im Genom eines Fraßinsektes fast unendlich sind. Das sind also Tausende von essentiellen Genen, die man theoretisch auswählen könnte, um den Käfer auf diese Art und Weise zu schädigen."
Noch ist das Grundlagenforschung. In Zukunft könnte die RNA-Interferenz für den Pflanzenschutz in der Landwirtschaft aber durchaus attraktiv werden - zumal sie auch ökologische Vorteile bietet. Da sich die RNA-Interferenz auf spezifische Gene eines Fraßschädlings zuschneiden lässt, werden tatsächlich nur die ins Visier genommenen Schädlinge bekämpft, alle anderen Tiere bleiben unbehelligt. Vielleicht könnte diese Form der Grünen Gentechnik in Zukunft sogar für Naturschützer akzeptabel sein.
