2017_03 Achillesferse eines Weinkillers

Worum geht es?

Achilles, der unüberwindbare Held der Griechen, starb in der Schlacht um Troja an einem vergifteten Pfeil in seiner Ferse, der einzigen Stelle seines Körpers, wo er verwundbar war. Auch Plasmopara viticola, der Erreger des Falschen Mehltaus der Weinrebe, hat seine Achilles-Ferse: in seiner frühen Entwicklung, wenn die begeißelte Zoospore schlüpft und auf der regennassen Oberfläche des Weinblatts schwimmend die Spaltöffnungen sucht, um hier eindringen zu können. In dieser frühen Viertelstunde des neubegonnenen Lebens ist die Zelle nackt und muss das ständig in die Zelle eindringende Wasser mithilfe einer pulsierenden Vacuole wieder hinauspumpen. Wenn es gelänge, diese Vacuole zu hemmen, würde die Zelle anschwellen und schließlich platzen.

Genau dies geschieht auch, wenn man die im Weinbau traditionell eingesetzten Kupferpräparate (die berühmte Bordeaux-Brühe) spritzt. Im Ökoweinbau, wo man keine synthetischen Fungizide einsetzen darf, wird das bis heute so gemacht. Besonders “Öko” ist das nicht, Kupfer ist ein Schwermetall, das sich im Boden anreichert und die Lebenswelt der Böden, beispielsweise die Regenwürmer, schädigt.

Strategie: erkunde den wunden Punkt

Um ökologisch verträglichere Alternativen zum Einsatz von Kupfer zu finden, haben wir uns erst einmal genauer angeschaut, wie die Achilles-Ferse von Plasmopara überhaupt funktioniert. Das ist gar nicht so einfach, denn diese Zellen sind sehr agil und halten nicht still. In einer Verbindung aus Elektronen-, Konfokal- und Videomikroskopie gelang es aber, der pulsierenden Vacuole einige Geheimnisse ihrer Funktion zu entlocken: Beispielsweise konnten wir sehen, dass zunächst Lagunen einer schwammartigen Struktur (dem sogenannten Spongium) mit Actin in Verbindung treten. Actin ist auch der Baustoff unserer Muskeln und kann gemeinsam mit dem molekularen Motor Myosin Kraft erzeugen. So wird, durch Kontraktion dieser zellulären Muskeln, das in die Zelle eingedrungene Wasser durch die Zellmembran in die Lagune des Spongioms hineingequetscht und sammelt sich dann in der Vacuole selbst, die durch eine Pore mit der Aussenwelt in Verbindung steht. Die Vacuole schwillt dann an und wird dann etwa alle 5 Sekunden entleert, so dass sie wieder erschlafft.

Was bringt uns dieses Wissen?

Wenn die Zelle Actinfasern einsetzt, um das Wasser durch die Membran nach außen zu befördern, dann müsste eine Hemmung der Actintätigkeit das Platzen der Zoospore zur Folge haben. Genau dies konnten wir durch Einsatz entsprechender Hemmstoffe zeigen. Freilich wäre das für den Weinbau nicht praktikabel, weil diese Hemmstoffe extrem teuer sind. Metallionen, Kupfer oder Aluminium, haben denselben Effekt. Aber auch das wäre nicht sinnvoll – es geht ja genau darum, ökologisch verträglichere Alternativen zum Einsatz von Schwermetallen zu finden, auch wenn die für den Effekt notwendige Dosis extrem niedrig ist. Diese extrem niedrige Dosis deutet darauf hin, dass Kupfer oder Aluminium die Zelle nicht wirklich vergiftet, sondern eher als (irreleitendes) Signal wirkt. An dieser Stelle konnten wir nun von unserer langjährigen Erfahrung über die Steuerung des pflanzlichen Actins profitieren – Actinfasern reagieren nämlich gezielt auf viele Umweltsignale. Signalgeber ist hierbei ein bestimmtes Protein in der Zellmembran, die NADPH-Oxidase Respiratory burst oxidation homologue (RboH), das in Antwort auf Umweltsignale reaktive Sauerstoffspezies bildet, die dann eine Bündelung von Actin (“Muskelkontraktion”) auslösen. Genau solche Sauerstoffspezies werden aber auch durch Kupfer und Aluminium gebildet.

Eine schräge Idee führt zum Erfolg

Könnte es sein, dass Kupfer durch die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies die Aktivität von RboH nachahmt und so der Zelle ein Signal vorspiegelt, dass eine (tödliche) Kontraktion der Actin”muskeln” auslöst? Wenn diese kühne Idee zutrifft, sollte es möglich sein, das Platzen der Zelle über andere Stoffe auszulösen, die ebenfalls RboH aktivieren. Hier wurden wir bei der Traditionellen Chinesischen Medizin (TCM) fündig, genauer bei der Heilpflanze Glycyrrhiza uralensis, einem Verwandten unseres Süßholzes. Extrakte aus dieser Gan Cao genannten Heilpflanze werden etwa zur Linderung von Asthma und Bronchitis eingesetzt, weil sie die Kontraktion der unwillkürlichen Muskeln in den Atemwegen verändern können. In der Tat konnten wir dann mit einem standardisierten Gan Cao Extrakt der Firma Phytocomm aus Kehl die Zoosporen des Falschen Mehltau dazu “überreden”, sich selbst zum Platzen zu bringen. Der vermutete Wirkstoff von Gan Cao, ein komplexes Molekül mit dem Namen Glycyrrhizin, ist ebenfalls wirksam. Um zu überprüfen, ob die Wirkung von Gan Cao auch tatsächlich über die Aktivierung der RboH verläuft, haben wir dann noch untersucht, was geschieht, wenn man die RboH hemmt – dies lässt sich sehr wirksam und präzise mit einem Hemmstoff namens Diphenylen-Iodonium erreichen. In der Tat wurde die Wirkung von Gan Cao auf den Falschen Mehltau durch diesen Hemmstoff gehemmt – unsere anfangs sehr kühn erscheinende Idee scheint also gar nicht so abwegig zu sein.

Der nächste Schritt – TCM für den Weinberg?

Im Jahre 2016 wurde der Weinbau in Deutschland durch einen Extrembefall mit Falschem Mehltau heimgesucht. Ein sehr feuchter und relative warmer Mai schuf für diesen vor über hundert Jahren aus Nordamerika eingeschleppten Missetäter ideale Bedingungen. Stellenweise musste jede Woche gespritzt warden, um wenigstens noch einen Teil der Ernte retten zu können. Dies bedeutete im Ökoweinbau einen hohen Eintrag von Kupfer in die Umwelt. Könnte man hier statt Kupfer Extrakte von Gan Cao einsetzen? Versuche mit unserem heimischen Süßholz am Julius-Kühn-Institut in Darmstadt am Falschen Mehltau der Gurke zeigen auch in Feldversuchen eine gute Wirksamkeit, auch wenn der Grund für diese Wirkung in diesen Versuchen unbekannt blieb. Für den Einsatz im Weinbau genügt freilich nicht, das seine Substand Wirkung zeigt, sie muss auch auf den Blättern haften bleiben. Durch einen hohen Gehalt an Schleimstoffen haftet Gan Cao Extrakt recht gut und scheint auch eine regenfeste Hülle auszubilden. Die absurd wirkende Idee, einen Weinberg mit Traditioneller Chinesischer Medizin zu “behandeln” erscheint auf den zweiten Blick gar nicht mehr so abwegig.

Veröffentlichung

131. Tröster V, Setzer T, Hirth T, Pecina A, Kortekamp A, Nick P (2017) Probing the Achilles' Heel of the Biotrophic Grapevine Pathogen Plasmopara viticola. Protoplasma DOI: 10.1007/s00709-017-1123-y - pdf