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Schmarotzer und Quelle des Wissens

Mais-Pilz Schmarotzer und Quelle des Wissens

Der Pilz „Ustilago maydis“ ist ein gewiefter Einbrecher. Er knackt das Immunsystem der Maispflanze und lässt statt gelber Maiskörner seine Sporen wachsen. Marburger Forscher interessiert, wie er das macht.

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Quelle: Fotos: Rolf Rösser

 So richtig nett, sind die Synonyme des Wortes Parasit im Duden nicht: Schnorrer, Schmarotzer, Abstauber. Menschen, die auf diese Beschreibung passen meidet man lieber. Für den Pflanzen-Pilz „Ustilago maydis“ haben die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut in Marburg aber eigens  eine schicke Dachgeschoss-Wohnung eingerichtet. Sonnendurchflutete Zimmer, 30 Grad und Maispflanzen so weit das Auge reicht. So, wie er es gern hat.
Dabei ist der „Ustilago“, wie ihn die Wissenschaftler hier kurz nennen ein hochspezialisierter Parasit, der es wie kein Zweiter versteht die Maispflanzen zu infiltrieren, ihr Immunsystem zu umgehen und ihre Nährstoffquellen anzuzapfen.
Mais-Bauern kennen Ustilago unter dem umgangssprachlichen Namen „Maisbeulenbrand“. Befallene Pflanzen sind schon von weitem zu erkennen: Wo an den Kolben vorher die kleinen gelben Maiskörner in Reih und Glied wuchsen, wuchern jetzt graue Tumore.
 

Graues Elefanten-Popcorn

Die sehen anfangs aus wie ungenießbares Elefanten-Popcorn, platzen irgendwann aus und verteilen blau-schwarze Sporen über die gesamte Pflanze. „Der Pilz dringt durch die Zellwand in die Pflanzenzellen ein, jedoch ohne diese zu zerstören. Vielmehr nutzt er die Wirtszellen zur eigenen Nährstoffversorgung und regt sie zur Teilung an“, so Gunther Döhlemann, Leiter der Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie.
Die Wissenschaftler interessieren sich dafür, wie es der Pilz schafft, das ausgeklügelte Immunsystem der Pflanze zu umgehen.

Wie das funktioniert haben die Forscher schon in mehreren Publikationen detailliert beschrieben: Es gibt Proteine in Pflanzenzellen die bildlich gesprochen Streife fahren. Sie suchen nach typischen molekulare Muster, die nur in Zellen von Pilzen vorkommen. So erkennt die Pflanze etwa Chitin, dass Bestandteil der Pilz-Zellwand ist. Genau wie beim Menschen löst dieses Erkennen dann normalerweise eine Immun-Antwort aus. Sauerstoff-Radikale und das Hormon Salicylsäure lösen den programmierten Zelltod aus.
 

Pilz will Pflanze nicht töten

„Ustilago ist ein sogenannter Biotroph, also ein Parasit der auf das Überleben der Pflanze und der Zellen angewiesen ist, weil sie ihn miternährt“, so Döhlemann. Schafft die Pflanze es, das Pathogen, also den Krankmacher in Schach zu halten, spricht man im Forscher-Slang von „inkompatibler Interaktion“.
Ustilago ist in der Lage, den Schutzwall der Pflanze zu umgehen. Doehlemann hat mit seiner Forschergruppe gezeigt, dass der Pilz zum Beispiel die Fähigkeit der Maispflanze unterdrückt, fremde Proteine zu erkennen. Mit dieser Tarnkappe werden die Pilzhyphen für das Immunsystem der Pflanze unsichtbar und können sich so unbehelligt von Zelle zu Zelle ausbreiten. „Wir suchen nach Genen die der Pilz zur Infektion benötigt und versuchen die Funktion der entsprechenden Proteine zu verstehen “, so Doehlemann. Es sei nicht auszuschließen, dass auch andere Parasiten ähnliche Wege nutzen. „Das gewonnene Wissen soll sich irgendwann im Pflanzenanbau anwenden lassen, um da die Nutzung unspezifischer Pflanzenschutzmittel einzuschränken“, so Doehlemann. Der großflächige Einsatz von Pestiziden ist bis heute Standard in der Landwirtschaft.
Ustilago maydis selbst ist kein gravierendes wirtschaftliches Problem, auch wenn er die Ernteerträge so mancher Maisplantage dezimiert. Weil er sich aber gut kultivieren lässt und man seine Erbinformation – die Vorlage für den Bau der Infiltrations-Proteine ist – leicht verändern kann, ist er ein beliebter Labor-Pilz und ein berühmter gleichzeitig. Ist doch der Nachweis des Brustkrebs-Gens mit seiner Hilfe gelungen.
Im Fachbereich für „Interaktionen von Organismen“, dem die MPI-Direktorin Regine Kahmann vorsteht, wird weiter dafür gesorgt, dass sich der Ustilago wohl fühlt, damit er noch viele spannende Geheimnisse preisgibt.

Die Max-Planck-Gesellschaft

 Die Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. ist in Deutschland eine der führenden Forschungsorganisationen – seit ihrer Gründung 1948 finden sich allein 17 Nobelpreisträger in ihren Reihen.  Marburg. Die Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. ist auf Grundlagenforschung ausgerichtet und hat auch weltweit eine führende Anerkennung. So wurde sie 2006 vom Times Higher Education Supplement-Ranking von nicht-universitären Forschungsinstitutionen  (Peer-Review durch Akademiker) zur weltweit besten nicht-universitären Forschungseinrichtung und hinter AT&T und dem Argonne National Laboratory zur weltweit drittbesten Institution in der Technologieforschung gekürt.
 

15 000 Publikationen im Jahr

Die Wissenschaftler der Max-Planck-Institute veröffentlichen jedes Jahr mehr als 15 000 Publikationen in interna­tional renommierten Fachzeitschriften. Die Institute entstehen um weltweit führende Spitzenforscher herum. Diese bestimmen ihre Themen selbst, sie erhalten hervorragende Arbeitsbedingungen und haben freie Hand bei der Auswahl ihrer Mitarbeiter. Dies ist der Kern des seit rund hundert Jahren erfolgreichen Harnack-Prinzips, das auf den ersten Präsidenten der 1911 gegründeten Kaiser-Wilhelm-Gesell­schaft, Adolf von Harnack, zurückgeht.
 

82 Institute deutschlandweit

Die derzeit 82 Max-Planck-Institute betreiben Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit. Das Max-Planck-Institut in für terrestrische Mikrobiologie in Marburg wurde 1991 gegründet. Der Wissenschaftler, um den herum das Institut aufgebaut wurde war Rudolf K. Thauer, damals Professor für Mikrobiologie an der Philipps-Universität. Er wollte eine genaueres Verständnis darüber erlangen, wie Mikroorganismen aufgebaut sind und funktionieren.

Kleiner Ausflug in die Pilzgeschichte

  • Ustilago maydis, der in Marburg beforschte Erreger des Maisbeulenbrandes infiziert Stängel, Blätter und Blüten von Maispflanzen und verursacht die Bildung von Tumoren an den Kolben. Für Landwirte kann er mitunter ein großes Ärgernis sein, denn der Futtermais der befallen ist, bietet den Tieren weniger Nährstoffe und Energie. Essbar bleibt der Maiskolben aber, zumindest bis der Pilz mit der Sporenbildung beginnt. Für viele Mexikaner ist Ustilago maydis sogar eine Delikatesse. „Cuitlacoche“ (mexikanischer Trüffel) wird dort traditionell mit Knoblauch und weiteren Zutaten gebraten und auf Tacos und Quesadillas serviert oder in Suppen und Aufläufen verarbeitet. Das Urteil von Forscher Gunther Doehlemann: „Nicht wirklich lecker“.
  • Das parasitäre Pflanzen-Pilze durchaus auch von Nutzen sein können, wissen zum Beispiel die Teebauern aus dem einstigen Ceylon (heute Sri Lanka). Der Anbau des heute weltweit berühmten Tees war eine Reaktion auf eine Rostpilzseuche (Hemileia vastatrix), die den bis dahin vorherrschenden Anbau von Kaffeepflanzen vernichtete.
  • Schädlich war dagegen  der Pflanzenpilz „Phytophthora infestans“ (Kartoffelfäule) für die Bevölkerungsentwicklung in Irland. Nach Ernteausfällen und einer Hungersnot, wanderte die Hälfte der etwa acht Millionen Iren nach Amerika aus und stellte dort die größte Bevölkerungsgruppe.

Zur Person:

Der 35-Jährige Gunther Doehlemann freut sich über die Freiheiten, die eine Stelle als Forscher am Max-Planck-Institut bedeutet. Doehlemann (Foto: Tim Gabel) leitet die Arbeitsgruppe, die sich mit der Vereinbarkeit von Parasit und Pflanze beschäftigt, im konkreten Fall mit Mais und seinem Pilz „Ustilago maydis“. An einem Max-Planck-Institut hat man als Wissenschaftler mehr Zeit für Forschung. Trotzdem bemühen sich die Wissenschaftler des MPI für terrestrische Mikrobiologie traditionell um eine gute Kooperation mit der Philipps-Universität. Doehlemann ist deshalb seit Ende 2012 dort als Privatdozent tätig. Zuvor hat er in Kaiserslautern studiert und promoviert. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter war er danach für drei Monate an der US-Universität Stanford.

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