Gentechnisch veränderte Pflanzenmikrobiome – Pflanzen mit Bakterien schützen

Eine verborgene Welt

Lange Zeit konzentrierten sich die biologischen Wissenschaften ausschließlich auf den „Hauptorganismus“ selbst, sei es ein menschlicher Körper oder ein Maisstängel. Doch mit zunehmendem Wissen rückte die ganze Komplexität der Lebenswelt in den Blick.

Wir verstehen jetzt, dass fast jeder komplexe Organismus in Symbiose mit einem „Mikrobiom“ existiert, einer komplexen und sich verändernden Population von Mikroben und Pilzen. Das Mikrobiom gilt heute als Schlüsselfaktor für die menschliche Gesundheit, insbesondere das Darmmikrobiom.

Quelle: NIH.gov

Ebenso hängt die Gesundheit der Pflanzen eng mit dem Mikrobiom des Bodens und sogar mit den Mikroben in der Pflanze selbst zusammen.

Sie können die Ernährung und Wasserversorgung der Pflanze verbessern und, was vielleicht noch wichtiger ist, dazu beitragen, die Pflanze vor Schädlingen und Krankheiten zu schützen.

Quelle: Energie.gov

Kann das Mikrobiom verändert werden?

Mikrobiome bestehen aus Hunderten oder sogar Tausenden von Mikrobenarten und sind äußerst komplex. Dies macht ihre Untersuchung zu einer schwierigen Aufgabe und die Bestimmung, wie ein „gesundes“ Mikrobiom aussieht, ist manchmal kompliziert.

Eine etwas grobe Möglichkeit, ein Mikrobiom zu „verbessern“, besteht darin, ihm zusätzliche Organismen hinzuzufügen. Das ist was probiotische Behandlungen für Mensch und Tier tun. Und was Anlagerung stickstofffixierender Bakterien oder Mykorrhizen an den Boden versucht, in der Landwirtschaft zu reproduzieren. Dies kann zu guten Ergebnissen führen, wenn das Mikrobiom stark gestört ist, kann jedoch von minimalem bis gar keinem Nutzen sein, wenn das Mikrobiom bereits etabliert ist.

Ein anderer Ansatz kann darin bestehen, das Mikrobiom zu ernähren und ihm zu helfen, durch die Fütterung der „richtigen“ Mikroben ausgeglichener zu werden. In der menschlichen Gesundheit ist dies der Ansatz der Gabe von Präbiotika. Dies kann sehr erfolgreich sein, da es dem Mikrobiom ermöglicht, sich auf natürliche Weise auszugleichen, indem es ihm die richtigen Bedingungen dafür bietet.

Dies kann bei Pflanzen viel schwieriger sein, da sich das Mikrobiom im Boden oder sogar im Inneren der Pflanze befindet.

Landwirtschaftliche Präbiotika

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

Sie entdeckten, dass die biochemische Produktion von Lignin in Pflanzen 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 spezifisches Gen, das für die Lignin-Biosynthese verantwortlich ist. Durch die Deaktivierung dieses Gens wird die Population nützlicher Bakterien reduziert. Im Gegenteil, wenn dieses Gen mehr als normal exprimiert wird, erhöht sich der Anteil nützlicher Bakterien im Mikrobiom.

(Die Genveränderungen veränderten die Produktion von 4-Hydroxyzimtsäure / 4-HCA / p-Cumarsäure, die Auswirkungen auf die Bakterienpopulation der Ordnung Pseudomonadas hat)

Quelle: Natur

Dies öffnet den Weg zu einer neuen Art von GVO-Pflanzen. Anstatt ein Toxin zu produzieren, wie es bei vielen derzeit kommerziellen GVO-Pflanzen der Fall ist, etwa bei modifiziertem Reis (oder anderen Nutzpflanzen), würde es ein gesünderes und vielfältigeres Bakterienmikrobiom fördern.

Erhöhter Krankheitsschutz

Die Verbesserung der Mikrobiomzusammensetzung hatte direkte Auswirkungen auf die Pflanzengesundheit. Die gentechnisch veränderte Reissorte war resistenter gegen Bakterienfäule (Xanthomonas oryzae), eine Hauptursache für Ernteverluste in Asien.

Normalerweise wird die Ausbreitung mit Pestiziden kontrolliert. Ein gesünderes Mikrobiom kann dazu beitragen, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren. Und schützen Sie sich dynamischer und nachhaltiger vor Krankheiten als durch den Einsatz chemischer oder toxinproduzierender GVO.

Optionen ohne Gentechnik?

Es ist möglich, dass auch ein gentechnikfreier Ansatz gewählt werden könnte. Reissorten könnten auf ihre Produktion von 4-HCA 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 auch erforderlich, diese Entdeckung in Länder und ganze Regionen wie die EU zu bringen, die die kommerzielle Nutzung von GVO einschränken.

Landwirtschaftliche Mikrobiombestände

1. Corteva Landwirtschaft

(CTVA )

Eines der größten Unternehmen im Bereich Biostimulanzien, zu dessen Unterkategorie solche pflanzlichen Präbiotika gehören, ist Corteva Agriscience. Das Unternehmen war bis zu seiner Ausgliederung als eigenständiges Unternehmen die Agrarsparte des Chemieriesen DowDuPont.

Quelle: Corteva Agriscience

Das Unternehmen engagiert sich sehr für das Bringen Robotik, Drohnen und KI bis hin zur Landwirtschaft. Außerdem werden ökologischere und nachhaltigere Anbaumethoden wie Direktsaat, Fruchtwechsel, gezielter Einsatz von Pestiziden, Anpassung an den Klimawandel, Begrenzung der Bodenerosion, Zwischenfrüchte usw. gefördert Pheromone um das Verhalten von Insekten usw. zu beeinflussen.

Quelle: Corteva Agriscience

2 Bayer

Bayer ist seit der Übernahme von Monsanto, einem führenden Anbieter von Pestiziden und GVO-Pflanzen, sowohl ein Pharmaunternehmen als auch ein wichtiger Anbieter für den Agrarsektor.

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

Die ständig steigenden Kosten dieser Klagen und die damit verbundenen Reputationsschäden haben den Aktienkurs des Unternehmens gesenkt. Jetzt mit einem neuen CEO, Bayer könnte bald in zwei oder drei verschiedene Unternehmen aufgeteilt werden, wodurch das Pharmageschäft vom Agrarwissenschaftsgeschäft getrennt wird.

Quelle: Fortune.com

Dennoch ist die Crop Sciences-Abteilung von Bayer weltweit führend im Bereich GVO und könnte diese Expertise bei der Entwicklung einer neuen Reissorte und anderer wichtiger Nutzpflanzen nutzen, die das Bodenmikrobiom verbessern. Dies könnte sich sowohl als profitabel als auch als gute Möglichkeit erweisen, das angeschlagene Image des Unternehmens wiederherzustellen.

Auch die Agrarabteilung von Bayer ist ein bedeutender Investor in Agrar-Startups und ein starker Innovator.

Quelle: Bayer

bemerkenswerte, Bayer hat eine Partnerschaft mit Microsoft unterzeichnet Das Ziel besteht darin, das Datenmanagementsystem Azur des Technologieriesen mit der Expertise von Bayer bei der Nutzung von Daten von Satelliten, Feldsensoren, Drohnen, Feldgeräten und Bodensensoren zu kombinieren, um wirklich moderne und vernetzte landwirtschaftliche Betriebe zu schaffen.

Quelle: Bayer

Mit mehr als 500 neuen Nutzpflanzensorten in der Pipeline (und 250 neuen Nutzpflanzenregistrierungen im Jahr 2022) ist das Unternehmen auch führend im Bereich Saatgutvielfalt und Genbearbeitung bei Pflanzen.

Quelle: Bayer

Unternehmen für landwirtschaftliche Mikrobiome

Kleinere Unternehmen, die noch nicht börsennotiert sind, beschäftigen sich direkt mit dem Thema Pflanzenmikrobiom.

Lavie-Bio

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

Quelle: Lavie-Bio

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

Die Technologie von Yalos und Lavie-Bio konzentriert sich hauptsächlich auf proprietäre Bakterienstämme, die zur Steigerung der Pflanzenproduktivität beitragen können.

Mikroendo

Das mexikanische Unternehmen stellt für jede Kultur einen maßgeschneiderten Biodünger her.

Dazu sammeln und nutzen sie das vorhandene Mikrobiom der Pflanzen. Dazu gehören auch Mikroben, die sich im Inneren der Pflanze befinden.

Quelle: Microendo

IndigoAg

Die Forscher des Unternehmens analysieren Pflanzen, die besser gedeihen als ihre Nachbarn, und suchen nach mikrobiellen Vorteilen, die auf ganze Felder übertragen werden könnten. Diese natürlichen Mikroben werden dann in eine kommerzielle Formulierung zur Förderung von Feldern, die unter beschädigten oder erschöpften Mikrobiomen leiden.

Quelle: Indigoblau

IndigoAg ist auch im Bereich tätig CO2-Gutschriftszertifikate für Landwirte.

AgBiom

AgBiome konzentriert sich auf pilztötende Mikroben, die dazu beitragen können, Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten zu schützen.

Zu diesem Zweck wurde eine eigene Sammlung vollständig sequenzierter Mikrobenstämme entwickelt (die GENESIS-Plattform  – Gene and Strain Identification System). Es kann in der Landwirtschaft, aber auch für alle anderen möglichen Mikrobiomanwendungen wie industrielle Anwendungen sowie die Tier- und Menschengesundheit eingesetzt werden.

Quelle: AgBiome

Pivot-Biografie

Eine Schlüsselrolle des Bodenmikrobioms besteht darin, stickstofffixierende Bakterien zu beherbergen, Stickstoff aus der Luft zu entnehmen und ihn in Dünger umzuwandeln.

Diese Bakterien wirken jedoch normalerweise nur bei Hülsenfrüchten.

Quelle: Pivot-Biografie

Pivot Bio hat die ersten stickstofffixierenden Mikroben für Getreidekulturen entwickelt.

Es könnte synthetischen Stickstoffdünger, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird, durch eine organische und CO2-neutrale Lösung ersetzen.

Biome Maker

Biome Makers hat mithilfe von NGS (Next Generation Sequencing) die weltweit größte Datenbank mit Bodenmikrobiomen mit 14 Millionen taxonomischen Referenzen von 188 Nutzpflanzen in über 50 Ländern erstellt.

Dadurch kann das Unternehmen seine BeCrop®-Testtechnologie nutzen, um die Bodengesundheit und die landwirtschaftlichen Erträge zu verbessern und Kosten zu senken (z. B. durch den Einsatz unnötiger Düngemittel).

Quelle: Biome Maker