{"id":52136,"date":"2026-02-24T10:46:09","date_gmt":"2026-02-24T09:46:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20022-029\/"},"modified":"2026-02-24T10:46:09","modified_gmt":"2026-02-24T09:46:09","slug":"20022-029","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20022-029\/","title":{"rendered":"Profilierung von Naturstoff-produzierenden Mikroorganismen f\u00fcr die Isolierung neuer antifungaler Naturstoffe und deren potentielle Anwendung als Biokontrollmittel"},"content":{"rendered":"

PROBLEMSTELLUNG: <\/strong>Die konventionelle Landwirtschaft in Deutschland ist f\u00fcr nahezu die gesamte Belastung der Umwelt mit chemischen Pflanzenschutzmitteln verantwortlich. Mit ca. neun kg\/ha\/Jahr f\u00fchrt die Nutzung dieser PSM zu einem Verlust an Biodiversit\u00e4t, der Vernichtung von Lebensr\u00e4umen und der Manifestation von Pestiziden in Nahrungsketten. Zus\u00e4tzlich verursacht die Landwirtschaft 7,5% der deutschen Treibhausgas-Emissionen und ist damit ein Treiber des Klimawandels.<\/p>\n

Die Rate des Biodiversit\u00e4tsverlusts und der globalen Erw\u00e4rmung haben bereits ein kritisches Limit \u00fcberschritten. Dies f\u00fchrt zu extremen klimatischen Ereignissen wie langen und h\u00e4ufigeren Trockenperioden und starken Regenf\u00e4llen und schw\u00e4cht die deutschen \u00d6kosysteme. In dieser angespannten Situation sind Pflanzensch\u00e4dlinge auf dem Vormarsch.<\/p>\n

Um diesen Entwicklungen entgegenzuwirken ist eine Transformation und Neuausrichtung der landwirtschaftlichen Systeme in Richtung einer bio\u00f6konomisch vertr\u00e4glichen, nachhaltigen Lebensmittelproduktion unumg\u00e4nglich. Ein wesentlicher Bestandteil dessen sind Bestrebungen den \u00f6kologischen Landbau zu f\u00f6rdern. Doch gerade dieser Form des Anbaus mangelt es an Bek\u00e4mpfungsmitteln gegen\u00fcber Pflanzenpathogenen. Dies f\u00fchrt zu einer Verwundbarkeit des gesamten Sektors. Dar\u00fcber hinaus fehlt in vielen F\u00e4llen das Wissen \u00fcber die genaue Wirkweise, von auf dem Markt erh\u00e4ltlichen Biokontrollmitteln. Geeignete biobasierte Produkte zur Behandlung von Pilzkrankheiten stellen somit einen dringenden Bedarf dar.<\/p>\n

ZIELSETZUNG: <\/strong>Ziel des Projektes ist es, neue mikrobielle St\u00e4mme zu charakterisieren, die f\u00fcr eine Anwendung als antifungale Biokontrollmittel optimiert sind. Zwei wichtige Pilzkrankheiten in Deutschland sollen in diesem Zusammenhang adressiert werden: die Septoria-Blattd\u00fcrre als die weltweit verbreitetste Krankheit bei Weizen und die Schwarzfleckenkrankheit bei Kartoffeln, welche besonders durch den Klimawandel profitiert.<\/p>\n

Dabei werden detaillierte Kenntnisse \u00fcber die metabolischen und genomischen Eigenschaften der neuen St\u00e4mme erzeugt. So wird bisher mangelndes Wissen generiert, welche metabolischen F\u00e4higkeiten zur Funktionalit\u00e4t von Biokontrollmitteln beitragen. Zus\u00e4tzlich werden Tests einbezogen um L\u00f6sungen mit g\u00fcnstigem \u00f6kologischen und toxikologischen Profil zu identifizieren. Die Perspektive der ressourcen-effektiven fermentativen Produktion dieser Biokontrollmittel nach Gesichtspunkten der Bio\u00f6konomie ist ein weiterer wesentlicher Aspekt dieses Projekts (Kreislaufwirtschaft: Valorisierung von Abfall- und Nebenstr\u00f6men).<\/p>\n

VORGEHENSWEISE: <\/strong>Die fungiziden Eigenschaften von bodenbewohnenden Bakterien als nat\u00fcrlichen Bestandteilen der Boden\u00f6kosysteme werden im Kontext der benannten Pilzkrankheiten erforscht.\u00a0 Dazu werden modernste Metabolomik- und Genomik-Technologien eingesetzt um die metabolischen F\u00e4higkeiten der hier untersuchten Bakterien umfassend zu bestimmen. Dies wird in einem dreiphasigen Projekt umgesetzt:<\/p>\n

1. Identifizierung und Charakterisierung von Bakterien, die ein vielversprechendes Naturstoffprofil aufweisen.<\/p>\n

Geleitet durch antifungale Bioaktivit\u00e4tsdaten wird das metabolische Profil jedes betrachteten Stammes bewertet. Dadurch kann sowohl die Produktion von pflanzenf\u00f6rdernden Substanzen als auch umweltgef\u00e4hrdenden Stoffwechselprodukten bestimmt werden.<\/p>\n

2. Neue Naturstoffe mit antifungaler Aktivit\u00e4t werden isoliert und ihre Struktur aufgekl\u00e4rt. Die identifizierten St\u00e4mme und Naturstoffe werden profiliert. Dazu wird die antifungale Potenz bestimmt und \u00f6ko-, zell- und phytotoxikologische Tests zur Umweltvertr\u00e4glichkeit durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

3. Die vielversprechendsten Bakterien und Naturstoffe werden in Pflanzen-Infektions-Experimenten getestet. Dazu werden in vivo<\/em>-Assays etabliert. Sie erm\u00f6glichen die Effektivit\u00e4t der biobasierten Produkte bei der Krankheitskontrolle zu bestimmen.<\/p>\n

ENDERGEBNIS:<\/strong> Das Projekt wird Wissen zu den metabolischen F\u00e4higkeiten von Bakterien liefern und \u00f6kologisch nachhaltige Alternativen zu chemischen PSM aufzeigen.<\/p>\n

ERSTE ERGEBNISSE: <\/strong>Im ersten Jahr wurde ein umfangreiches Stammset von Bakterien aus der Abteilung der Firmicutes getestet. Drei umfangreiche Datenpakete, bestehend aus Phylogenie\/Genomik und Metabolik (s. Punkt 1.), wurden mittels eines noch nicht ver\u00f6ffentlichten R-Skripts zusammengefasst. Diese Methode erm\u00f6glicht eine halbautomatische und z\u00fcgige Analyse gro\u00dfer Datens\u00e4tze, ist nicht nur auf das vorliegende Datenset anwendbar, sondern auch f\u00fcr weitere Datensets in der Pipeline dieses Projekts konzipiert. Der Fokus liegt auf einer effizienten Bearbeitung, mit dem Hauptziel der gezielten Stammpriorisierung und Charakterisierung gro\u00dfer Datens\u00e4tze.<\/p>\n

Die Analyse der Firmicutes-St\u00e4mme offenbarte, dass Bacillus<\/em>-St\u00e4mme eine signifikante Aktivit\u00e4t gegen mindestens zwei der drei getesteten pilzlichen Indikatorst\u00e4mme aufwiesen. Infolgedessen wurde das Datenset entsprechend bereinigt, indem alle St\u00e4mme, die nicht phylogenetisch nachvollziehbar zur Gattung Bacillus <\/em>geh\u00f6ren, sowie deren \u2013 durch PCR-Fingerprinting nachgewiesenen \u2013 Duplikate entfernt wurden. Die verbleibenden Bacillus<\/em>-St\u00e4mme wurden erneut prozessiert. Dabei wurde deutlich, dass insbesondere St\u00e4mme aus der Klade der Bacillus subtilis<\/em> eine ausgepr\u00e4gte Aktivit\u00e4t gegen\u00fcber pilzlichen Indikatoren aufweisen. Dazu geh\u00f6ren Bacillus subtilis, B. amyloliquefaciens, B. velezenis, B. inaquosporum, B. spizizenii, B. atrophaeus, B. haoltolerans, B. licheniformis<\/em> und B. paralicheniformis<\/em>. Dies entspricht den in der Literatur beschriebenen Erkenntnissen.<\/p>\n

Unter 24 St\u00e4mmen mit hoher antifungaler Aktivit\u00e4t und ohne genetische Duplikate wurden besonders solche priorisiert, die genomsequenziert waren und vorteilhafte Biosynthesegencluster aufwiesen. Dabei wurden vier St\u00e4mme besonders priorisiert. Die Biosynthesegencluster der vier priorit\u00e4ren Bacillus<\/em>-St\u00e4mme weisen darauf hin, dass sie wahrscheinlich pflanzenwachstumsf\u00f6rdernde und\/oder antifungal aktive Stoffe produzieren k\u00f6nnen, w\u00e4hrend das Potenzial f\u00fcr medizinisch anwendbare oder umwelttoxische Verbindungen gering ist. Die St\u00e4mme sind nun f\u00fcr die in vitro Profilierungen (s. Punkt 2) vorgesehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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