Ein interdisziplinäres Team unter der Leitung von Dr. Timo Schlemmer vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Regensburg arbeitet an einer vielversprechenden Lösung für die Landwirtschaft: Sie entwickeln eine neue Generation von RNA-Wirkstoffen zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge. Dieses wichtige Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über drei Jahre mit 800.000 Euro gefördert.
Die Notwendigkeit solcher Innovationen ist angesichts der aktuellen Herausforderungen in der Landwirtschaft offensichtlich. Landwirte sehen sich zunehmend mit Problemen wie dem Klimawandel, dem Verlust der Artenvielfalt sowie dem Auftreten invasiver und resistenter Schädlingsarten konfrontiert. Der Schutz von Pflanzen vor Schädlingen ist dabei unerlässlich, doch die herkömmlichen chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmittel der letzten Jahrzehnte sind kaum noch mit dem Ziel vereinbar, Umweltbelastungen zu minimieren. Ihre negativen Auswirkungen auf die Biodiversität, die Boden- und Wasserqualität werden zunehmend kritisch gesehen, weshalb dringend neue, umweltfreundlichere Ansätze benötigt werden. „Eine wirksame Alternative, die Schädlinge gezielt bekämpft und gleichzeitig die Umwelt schont, könnte den Pflanzenschutz revolutionieren“, so Dr. Timo Schlemmer.
circRNA: Revolutionärer Pflanzenschutz
Im Projekt ciRcNApp konzentriert sich Dr. Timo Schlemmers Team auf die Entwicklung einer neuen Wirkstoffklasse im Pflanzenschutz: die zirkuläre RNA (circRNA). Die Idee, RNA als Wirkstoffmolekül im Pflanzenschutz einzusetzen, ist zwar nicht neu, doch erst die COVID-19-Pandemie hat das volle Potenzial der RNA als Therapeutikum weltweit demonstriert. Ende 2023 wurde in den USA das erste RNA-basierte Pflanzenschutzmittel zugelassen.
Während dieses zugelassene Mittel doppelsträngige RNA nutzt, arbeitet das Regensburger Team an der Herstellung von circRNA. Der entscheidende Vorteil dieser ringförmigen Struktur liegt im Schutz der RNA vor enzymatischem Abbau. Dies könnte ihre Stabilität und Wirksamkeit im Feldeinsatz erheblich verbessern. Darüber hinaus lässt sich die circRNA durch gezielte Sequenzvariation spezifisch an unterschiedliche Schädlinge oder Krankheitserreger anpassen. So kann immer die Schutzstrategie gewählt werden, die den größten Nutzen bei geringstem Risiko verspricht.
Bildunterschrift
Gezielte Genblockade: Wie CircRNA Schädlinge umweltfreundlich bekämpft
Die Technologie, an der das Team arbeitet, nutzt circRNA, um gezielt die Funktion spezifischer Gene in Pflanzen-Schädlingen oder Krankheitserregern zu blockieren. Dadurch könnten beispielsweise Schadinsekten wie der Kartoffelkäfer oder Pilze wie Ustilago maydis effektiv bekämpft werden, ohne dabei andere, nützliche Organismen zu beeinträchtigen. Es ist wichtig zu beachten, dass der genaue Wirkmechanismus dieser circRNA nicht auf RNA-Interferenz basiert, wie es beim bereits in den USA zugelassenen Wirkstoff der Fall ist, und dieser Mechanismus ist auch noch nicht vollständig erforscht. „Es konnte jedoch bereits gezeigt werden, dass die zirkuläre RNA sequenzspezifisch wirkt, indem sie vermutlich an die Boten-RNA des Zielorganismus bindet und so die Bildung überlebenswichtiger Proteine blockiert“, sagt Timo Schlemmer. Da die Boten-RNA zwischen verschiedenen Arten hochspezifisch ist, führt dies zum Tod des Schädlings, während Nicht-Zielorganismen und Nützlinge unbeeinträchtigt bleiben.
CircRNAs: Der nachhaltige Weg zu einer neuen Generation von Pflanzenschutzmitteln
„Im Vergleich zu herkömmlichen chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln bieten circRNAs entscheidende Vorteile“, so Timo Schlemmer. „Sie sind hochselektiv, biologisch abbaubar und hinterlassen keine toxischen Rückstände in Boden oder Wasser. Zudem ist ein erweitertes Wirkungsspektrum denkbar, da circRNAs nicht auf den RNA-Interferenz-Mechanismus angewiesen sind.“
Das Projekt ciRcNApp stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Landwirtschaft dar. Die hier geleistete Forschung hat das Potenzial, den Weg für eine völlig neue Generation umweltfreundlicher Pflanzenschutzmittel zu ebnen und somit langfristig den Einsatz chemisch-synthetischer Produkte deutlich zu reduzieren.
Mehr Informationen:
https://www.circnapp.de/
Präziser Pflanzenschutz: Zielgenau und biologisch abbaubar