Bioinsektizide zur Kontrolle von Schadinsekten-Populationen

Insekten sind ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Ökosysteme. Neben nützlichen Arten wie Bestäubern gibt es auch zahlreiche Schädlinge, die entweder direkt – etwa als Parasiten oder Krankheitsüberträger – oder indirekt – etwa als Schädlinge an Kulturpflanzen oder im Wald – menschliche Interessen beeinträchtigen. In der land- und forstwirtschaftlichen Praxis werden zur Bekämpfung dieser Schädlinge häufig synthetische chemische Insektizide eingesetzt. Diese stellen jedoch ein Gesundheitsrisiko für den Menschen dar und wirken sich negativ auf Ökosysteme und insbespondere nichtzielorganismen aus. Zudem kann ihr langfristiger Einsatz zur Resistenzbildung bei Zielorganismen führen und verringert somit die Wirksamkeit dierser Pestizide. Daher besteht ein großes Interesse, chemische Insektizide durch biologische Alternativen – sogenannte Biopestizide – zu ersetzen.

Zu den wirksamsten Biopestiziden zählen Insektenpathogene wie Nematoden, Pilze und Bakterien. Diese werden bislang nur begrenzt eingesetzt, u. a. aufgrund ihrer langsameren Wirkung, Umweltanfälligkeit oder begrenzten Verfügbarkeit. BC und BOKU erforschen und entwickeln natürliche Gegenspieler land- und forstwirtschaftlicher Schadinsekten auf Nematodenbasis. Ein Prototyp basiert auf Steinernema-Nematoden und ist gegen viele Schädlinge in Gärten und Gewächshäusern einsetzbar. Im Rahmen dieses Projekts werden wir die Anwendungsmöglichkeiten durch Kombination mit weiteren Pathogenen erweitern, um das Potenzial für land- und forstwirtschaftliche Schädlinge zu prüfen.

Bei einer Infektion erkennt das Insekt den Fremdorganismus und aktiviert Immunreaktionen. Die gezielte Beeinflussung dieser Reaktionen kann die Wirkung von Biopestiziden verstärken. Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination mit RNA-Interferenz (RNAi), bei der doppelsträngige RNA (dsRNA) gezielt Gene des Immunsystems blockiert. Dadurch wird der Schädling geschwächt oder stirbt. RNAi ist hochspezifisch und schädigt somit keine Nichtzielorganismen wie Bestäuber oder andere nützliche Insekten.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Untersuchung möglicher Auswirkungen auf Nichtzielorganismen. Das Projekt konzentriert sich auf drei wichtige Schädlinge in der Grenzregion: den Buchdrucker, den Schwammspinner und den Kartoffelkäfer. Diese unterscheiden sichin Lebensweise, ökologischen Ansprüchen und Verhalten stark. Doch ein großer Vorteil ist, dass ihre vollständigen Genomsequenzen verfügbar sind. Dies ermöglicht den Einsatz molekularbiologischer Methoden zur Optimierung bestehender Bioinsektizide. Die neuen Wirkstoffe werden zunächst am Kartoffelkäfer getestet und anschließend für den Schwammspinner und den Buchdrucker angepasst

Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung ökologischer Methoden zum Schutz vor bedeutenden land- und forstwirtschaftlichen Insektenschädlingen im grenzüberschreitenden Gebiet. Zu den wichtigsten Outputs gehören innovative Biopestizide auf Basis von Insektenpathogenen wie Nematoden der Gattung Steinernema, Pilze der Gattung Beauveria und Bakterien der Gattung Bacillus. Diese Präparate werden mithilfe von RNA-Interferenz (RNAi) modifiziert, welche gezielt die Immunabwehr der Schädlinge blockiert und dadurch die Wirksamkeit der Pathogene erhöht, ohne dabei Nichtzielorganismen wie Bestäuber oder nützliche Insekten zu schädigen.

Die Hauptzielarten des Projekts sind der Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata), der Schwammspinner (Lymantria dispar) und der Buchdrucker (Ips typographus). Da die vollständige Genomsequenz dieser Arten verfügbar ist, können molekularbiologische Methoden zur Entwicklung spezifischer RNAi-Strategien eingesetzt werden. Die neuen Bioinsektizide werden zunächst am Kartoffelkäfer getestet und anschließend für die Anwendung beim Schwammspinner und dem Buchdrucker angepasst.

Ein bedeutendes Ziel ist es, die Anwendungsmethoden dieser Biopestizide an die spezifischen biologischen Eigenschaften der einzelnen Schädlinge anzupassen und zu optimieren. Ein weiterer zentraler Bestandteil des Projekts ist die Bewertung der Auswirkungen der entwickelten Biopestizide auf Nichtzielorganismen, um die ökologische Sicherheit der eingesetzten Methoden sicherzustellen.

Das Projekt wird außerdem das Bewusstsein für biologische Pflanzenschutzmethoden bei Landwirt:innen, Gärtner:innen, Waldbesitzer:innen, Naturschützer:innen, der Lebensmittelindustrie und Forschungseinrichtungen erhöhen. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen in der grenzüberschreitenden Region wird zudem die Grundlage für eine spätere kommerzielle Nutzung der entwickelten Biopestizide gelegt.Letztlich trägt das Projekt dazu bei, die Abhängigkeit von synthetischen Insektiziden zu verringern, die biologische Vielfalt zu schützen und nachhaltige land- und forstwirtschaftliche Ökosysteme zu fördern. Die entwickelten Methoden werden in den Laboratorien von BC und BOKU getestet, einschließlich der Massenproduktion von Pathogenen, der Analyse der Funktion spezifischer Schädlingsgene und der Überwachung der Wirkung der Biopestizide.