Konstruiertes Pflanzenmikrobiom – Schutz von Nutzpflanzen mit Bakterien

Eine verborgene Welt

Lange Zeit konzentrierten sich die Biowissenschaften ausschließlich auf den „Haupt“-Organismus selbst, sei es ein menschlicher Körper oder ein Maiskolben. Mit zunehmendem Wissen wurde jedoch die gesamte Komplexität der lebenden Welt sichtbar.

Wir verstehen heute, dass fast jeder komplexe Organismus in Symbiose mit einem „Mikrobiom“ lebt, einer komplexen und sich ständig verändernden Gemeinschaft von Mikroben und Pilzen. Das Mikrobiom wird nun als ein entscheidender Faktor für die menschliche Gesundheit anerkannt, insbesondere das Darmmikrobiom.

Quelle: NIH.gov

Ähnlich ist die Gesundheit von Pflanzen eng mit dem Bodenmikrobiom und sogar mit Mikroben im Inneren der Pflanze verbunden.

Sie können die Nährstoffversorgung der Pflanze, die Wasserversorgung verbessern und – vielleicht noch wichtiger – die Pflanze vor Schädlingen und Krankheiten schützen.

Quelle: Energy.gov

Kann das Mikrobiom verändert werden?

Da Mikrobiome aus Hunderten oder sogar Tausenden von Mikrobenarten bestehen, sind sie enorm komplex. Das macht ihre Untersuchung zu einer schwierigen Aufgabe, und zu bestimmen, wie ein „gesundes“ Mikrobiom aussieht, ist manchmal kompliziert.

Eine etwas grobe Methode, ein Mikrobiom zu „verbessern“, besteht darin, zusätzliche Organismen hinzuzufügen. Das tun probiotische Behandlungen für Menschen und Tiere. Und was die Zugabe von stickstofffixierenden Bakterien oder Mykorrhiza zum Boden in der Landwirtschaft zu replizieren versucht. Dies kann gute Ergebnisse erzielen, wenn das Mikrobiom stark gestört ist, aber wenig bis keinen Nutzen bringen, wenn das Mikrobiom bereits etabliert ist.

Ein anderer Ansatz kann darin bestehen, das Mikrobiom zu füttern, indem man die „richtigen“ Mikroben unterstützt, um ein ausgewogeneres Gleichgewicht zu erreichen. In der Humanmedizin ist dies der Ansatz, Präbiotika zu geben. Das kann sehr erfolgreich sein, da es dem Mikrobiom ermöglicht, sich natürlich selbst zu regulieren, indem es die richtigen Bedingungen dafür erhält.

Dies ist bei Pflanzen deutlich schwieriger umzusetzen, da das Mikrobiom im Boden oder sogar im Inneren der Pflanze liegt.

Landwirtschaftliche Präbiotika

Eine internationale Zusammenarbeit von Forschern aus China, Australien und Österreich könnte die Lösung bieten. Sie konzentrierten sich auf Reis, eine lebenswichtige Nahrungsquelle für Milliarden Menschen, doch diese Ergebnisse könnten auf andere wichtige Nutzpflanzen ausgeweitet werden.

Sie entdeckten, dass die pflanzliche biochemische Produktion von Lignin die Population nützlicher Bakterien modulieren kann. Lignin ist ein Polymer, das in den Zellwänden von Pflanzen vorkommt und in Holz reichlich vorhanden ist.

Genauer gesagt fanden sie ein bestimmtes Gen, das für die Ligninbiosynthese verantwortlich ist. Die Deaktivierung dieses Gens reduziert die Population nützlicher Bakterien. Im Gegenteil erhöht die übernormale Expression dieses Gens den Anteil nützlicher Bakterien im Mikrobiom.

(die Genmodifikationen veränderten die Produktion von 4-hydroxycinnamic acid / 4-HCA / p-coumaric acid, was die Population von Bakterien der Ordnung Pseudomonadales beeinflusst)

Quelle: Nature

Dies eröffnet den Weg zu einer neuen Art von GMO-Pflanzen. Anstatt ein Gift zu produzieren wie viele derzeit kommerzielle GMO-Pflanzen, etwa modifizierter Reis (oder andere Nutzpflanzen), würde sie ein gesünderes und vielfältigeres Bakterienmikrobiom fördern.

Erhöhter Krankheits­schutz

Die Verbesserung der Mikrobiomzusammensetzung hatte direkte Auswirkungen auf die Gesundheit der Pflanzen. Die gentechnisch veränderte Reissorte war widerstandsfähiger gegen bakterielle Blattflecken (Xanthomonas oryzae), eine Hauptursache für Ernteverluste in Asien.

Normalerweise wird seine Ausbreitung mit Pestiziden kontrolliert. Ein gesünderes Mikrobiom kann den Pestizideinsatz reduzieren und Krankheiten dynamischer und nachhaltiger schützen als der Einsatz chemischer oder toxischer GMO‑Pflanzen.

Nicht‑GMO‑Optionen?

Es ist möglich, dass auch ein nicht‑GMO‑Ansatz angewendet werden kann. Reissorten könnten auf ihre Produktion von 4-HCA hin untersucht und anschließend die Gesundheit ihres Mikrobioms getestet werden.

Dies kann das Feld für neue Züchtungsmethoden öffnen, um Reissorten zu entwickeln, die weniger Pestizide benötigen, um produktiv zu sein.

Es wäre zudem erforderlich, diese Entdeckung in Länder und ganze Regionen wie die EU zu bringen, die die kommerzielle Nutzung von GMOs einschränken.

Aktien im Bereich landwirtschaftliches Mikrobiom

1. Corteva Agriscience

CTVA Preisdiagramm

Eines der größten Unternehmen im Bereich der Biostimulanzien, zu denen solche Pflanzenpräbiotika gehören, ist Corteva Agriscience. Das Unternehmen war die Agrarwissenschafts‑Sparte des Chemiekonzerns DowDuPont, bis es als eigenständiges Unternehmen ausgegliedert wurde.

Quelle: Corteva Agriscience

Das Unternehmen ist stark engagiert, Roboter, Drohnen und KI in die Landwirtschaft zu bringen. Es fördert zudem ökologischere & nachhaltigere Anbaumethoden, wie Direktsaat, Fruchtfolge, gezielten Pestizideinsatz, Anpassung an den Klimawandel, Begrenzung der Bodenerosion, Zwischenfrüchte und sogar Pheromone, um das Verhalten von Insekten zu beeinflussen, usw.

Quelle: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayer ist sowohl ein Pharmaunternehmen als auch ein bedeutender Anbieter für den Agrarsektor seit seiner Übernahme von Monsanto, einem führenden Unternehmen für Pestizide und GMO‑Pflanzen.

Zu sagen, dass die Übernahme nicht gut gelaufen ist, wäre eine Untertreibung. Monsanto ist Ziel von Zehntausenden Klagen wegen möglicher Zusammenhänge zwischen Krebs und seinem Flaggschiff‑Pestizid Glyphosat (kommerziell als Roundup bekannt).

Die ständig steigenden Kosten dieser Klagen und der damit verbundene Reputationsschaden haben den Aktienkurs des Unternehmens gesenkt. Jetzt, mit einem neuen CEO, könnte Bayer bald in 2 oder 3 verschiedene Unternehmen aufgeteilt werden, wobei das Pharma‑Geschäft vom Agrar‑Geschäft getrennt wird.

Quelle: Fortune.com

Dennoch ist die Abteilung Crop Sciences von Bayer weltweit führend im Bereich GMOs und könnte dieses Fachwissen nutzen, um eine neue Reissorte und andere wichtige Nutzpflanzen zu entwickeln, die das Bodenmikrobiom verbessern. Das könnte sowohl profitabel sein als auch ein Weg, das beschädigte Image des Unternehmens zu reparieren.

Die Agrarabteilung von Bayer ist zudem ein bedeutender Investor in Agrar‑Start‑ups und ein starker Innovator.

Quelle: Bayer

Bemerkenswert hat Bayer eine Partnerschaft mit Microsoft geschlossen (MSFT ), um das Datenmanagementsystem Azure des Technologieriesen mit Bayer’s Expertise in der Nutzung von Daten aus Satelliten, Feldsensoren, Drohnen, Feldgeräten und Bodensensoren zu kombinieren und so wirklich moderne und vernetzte Farmen zu schaffen.

Quelle: Bayer

Sie ist zudem führend im Bereich Saatgutvarianten und Gen‑Editierung bei Pflanzen, mit über 500 neuen Pflanzensorten in der Pipeline (und 250 neuen Pflanzensortenregistrierungen im Jahr 2022).

Quelle: Bayer

Unternehmen im Bereich landwirtschaftliches Mikrobiom

Kleinere, noch nicht börsennotierte Unternehmen arbeiten direkt am Thema Pflanzenmikrobiom.

Lavie-Bio

Das Unternehmen arbeitet an sechs verschiedenen Produkten in seiner Pipeline, darunter eines in Partnerschaft mit Corteva Agriscience.

Quelle: Lavie-Bio

Ein Produkt hat bereits die Kommerzialisierungsphase erreicht und wird unter der Yalos™ Marke verkauft.

Yalos und die Technologie von Lavie-Bio konzentrieren sich hauptsächlich auf proprietäre Bakterienstämme, die die Ertragsleistung von Nutzpflanzen steigern können.

Microendo

Das mexikanische Unternehmen produziert einen Bio‑Dünger, der für jede Kultur zugeschnitten ist.

Hierzu sammeln und nutzen sie das bestehende Mikrobiom der Pflanzen. Dies schließt Mikroben ein, die im Inneren der Pflanze vorhanden sind.

Quelle: Microendo

IndigoAg

Die Forscher des Unternehmens analysieren Pflanzen, die besser als ihre Nachbarn abschneiden, und suchen nach mikrobiellen Vorteilen, die in ganzen Feldern reproduziert werden könnten. Diese natürlichen Mikroben werden dann in einer kommerziellen Formulierung zusammengestellt, um Felder zu stärken, die unter beschädigten oder erschöpften Mikrobiomen leiden.

Quelle: Indigo

IndigoAg ist zudem im Bereich Kohlenstoffgutschriften für Landwirte aktiv.

AgBiome

AgBiome konzentriert sich auf pilzabtötende Mikroben, die Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten schützen können.

Hierfür hat es seine eigene Sammlung vollständig sequenzierter mikrobieller Stämme entwickelt (die GENESIS-Plattform  – Gene and Strain Identification System). Sie kann in der Landwirtschaft eingesetzt werden, aber auch für alle anderen möglichen Mikrobiomanwendungen wie industrielle Nutzung sowie Tier- und Humanmedizin.

Quelle: AgBiome

Pivot Bio

Eine Schlüsselrolle von Bodenmikrobiomen besteht darin, stickstofffixierende Bakterien zu beherbergen, die Stickstoff aus der Luft aufnehmen und in Dünger umwandeln.

Allerdings funktionieren diese Bakterien normalerweise nur bei leguminösen Pflanzen.

Quelle: Pivot Bio

Pivot Bio hat die ersten stickstofffixierenden Mikroben für Getreidearten entwickelt.

Sie könnten synthetischen Stickstoffdünger, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird, durch eine organische und kohlenstoffneutrale Lösung ersetzen.

Biome Makers

Biome Makers hat die weltweit größte Datenbank von Bodenmikrobiomen geschaffen, mit 14 Millionen taxonomischen Referenzen mittels NGS (Next‑Generation‑Sequencing) aus 188 Nutzpflanzen in über 50 Ländern.

Sie ermöglicht die Nutzung ihrer BeCrop®‑Testtechnologie zur Verbesserung der Bodengesundheit, der landwirtschaftlichen Erträge und zur Kostensenkung (z. B. durch unnötigen Düngereinsatz).

Quelle: Biome Maker