RiboZid – mRNA als biobasiertes Fungizid zur Bekämpfung phytopathogener Pilze

Pilzerkrankungen von Kulturpflanzen sind weit verbreitet und verursachen ca. 20 Prozent der Ernteeinbußen weltweit. Klimawandel und Monokulturen begünstigen die Schadpilzausbreitung zusätzlich. Bisher wurden Pflanzen vor allem durch den Einsatz von Chemikalien vor phytopathogenen Pilzen geschützt, doch führt dies zur Pestizidanreicherung im Boden, im Grundwasser, in pflanzlichen Nahrungsmitteln und folglich auch in Mensch und Tier. Pestizidrückstände stellen für den Menschen eine ständige unsichtbare Bedrohung der Gesundheit dar, insbesondere durch hormonähnliche Substanzen, welche die Fruchtbarkeit beeinträchtigen und Krebsrisiken erhöhen können.

Verträgliche Pestizid-Alternative

Im RiboZid-Projekt soll eine Alternative zu gesundheits- und umweltschädigenden Pestiziden entwickelt werden, um eine für Mensch und Umwelt verträgliche und nachhaltige Lösung zu schaffen und zugleich die Ernährung und Gesundheit der wachsenden Weltbevölkerung sicherzustellen.

Dem RiboZid-Ansatz liegt die Hypothese zugrunde, dass pflanzenschädigende Pilze durch Aufnahme einer mRNA als biobasiertes Pflanzenschutzmittel wirksam bekämpft werden können. Zielsetzung ist es daher, eine mRNA zu entwickeln, deren Proteinprodukt selektiv den Pilz bekämpft, die Pflanze aber nicht beeinträchtigt. Von der Pilzzelle aufgenommen, wird die Information der mRNA in ein Protein übersetzt, das eine tödliche Wirkung auf den Pilz hat, jedoch für Pflanzen, Menschen und Tiere ungefährlich ist. Wie die menschliche Zelle beim Corona-mRNA-Impfstoff bildet auch die Pilzzelle nach Aufnahme der mRNA selbst das Proteinprodukt, welches in diesem Fall jedoch zum Absterben des Pflanzenschädlings führt.

Proof of Concept mit Reporter-mRNA

Als Testorganismus wurde der Ascomycet Aspergillus niger ausgewählt. Der Schimmelpilz kommt ubiquitär im Erdboden vor und führt durch die schnelle Verbreitung luftgetragener Sporen häufig zum Verderb von Pflanzen und Nahrungsmitteln. Zur Etablierung der Methode wird zunächst eine Reporter-mRNA designt, die für das fluoreszierende Protein mNeonGreen codiert. Dabei handelt es sich um ein kleines, monomeres, gelbgrün fluoreszierendes Protein, das mikroskopisch und spektrophotometrisch leicht nachgewiesen werden kann. Die mRNA wird durch In-vitro-Transkription erzeugt und auf Kulturen von A. niger aufgebracht. Erfolgt nach Aufnahme der mRNA die Translation, leuchten die Zellen von A. niger durch das Reporterprotein grüngelb (Abb. links). Auf dieselbe Weise soll im Anschluss mit der suizidal wirkenden mRNA verfahren werden. Bei erfolgreicher Translation wird die Pilzzelle durch das toxische Proteinprodukt abgetötet (Abb. rechts).