{"id":52136,"date":"2026-10-23T12:46:38","date_gmt":"2026-10-23T10:46:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20022-029\/"},"modified":"2026-10-23T12:46:42","modified_gmt":"2026-10-23T10:46:42","slug":"20022-029","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20022-029\/","title":{"rendered":"Profilierung von Naturstoff-produzierenden Mikroorganismen f\u00c3\u00bcr die Isolierung neuer antifungaler Naturstoffe und deren potentielle Anwendung als Biokontrollmittel"},"content":{"rendered":"

PROBLEMSTELLUNG: <\/strong>Die konventionelle Landwirtschaft in Deutschland ist f\u00c3\u00bcr nahezu die gesamte Belastung der Umwelt mit chemischen Pflanzenschutzmitteln verantwortlich. Mit ca. neun kg\/ha\/Jahr f\u00c3\u00bchrt die Nutzung dieser PSM zu einem Verlust an Biodiversit\u00c3\u00a4t, der Vernichtung von Lebensr\u00c3\u00a4umen und der Manifestation von Pestiziden in Nahrungsketten. Zus\u00c3\u00a4tzlich verursacht die Landwirtschaft 7,5% der deutschen Treibhausgas-Emissionen und ist damit ein Treiber des Klimawandels.<\/p>\n

Die Rate des Biodiversit\u00c3\u00a4tsverlusts und der globalen Erw\u00c3\u00a4rmung haben bereits ein kritisches Limit \u00c3\u00bcberschritten. Dies f\u00c3\u00bchrt zu extremen klimatischen Ereignissen wie langen und h\u00c3\u00a4ufigeren Trockenperioden und starken Regenf\u00c3\u00a4llen und schw\u00c3\u00a4cht die deutschen \u00c3\u2013kosysteme. In dieser angespannten Situation sind Pflanzensch\u00c3\u00a4dlinge auf dem Vormarsch.<\/p>\n

Um diesen Entwicklungen entgegenzuwirken ist eine Transformation und Neuausrichtung der landwirtschaftlichen Systeme in Richtung einer bio\u00c3\u00b6konomisch vertr\u00c3\u00a4glichen, nachhaltigen Lebensmittelproduktion unumg\u00c3\u00a4nglich. Ein wesentlicher Bestandteil dessen sind Bestrebungen den \u00c3\u00b6kologischen Landbau zu f\u00c3\u00b6rdern. Doch gerade dieser Form des Anbaus mangelt es an Bek\u00c3\u00a4mpfungsmitteln gegen\u00c3\u00bcber Pflanzenpathogenen. Dies f\u00c3\u00bchrt zu einer Verwundbarkeit des gesamten Sektors. Dar\u00c3\u00bcber hinaus fehlt in vielen F\u00c3\u00a4llen das Wissen \u00c3\u00bcber die genaue Wirkweise, von auf dem Markt erh\u00c3\u00a4ltlichen 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\u00c3\u00a4mme zu charakterisieren, die f\u00c3\u00bcr eine Anwendung als antifungale Biokontrollmittel optimiert sind. Zwei wichtige Pilzkrankheiten in Deutschland sollen in diesem Zusammenhang adressiert werden: die Septoria-Blattd\u00c3\u00bcrre als die weltweit verbreitetste Krankheit bei Weizen und die Schwarzfleckenkrankheit bei Kartoffeln, welche besonders durch den Klimawandel profitiert.<\/p>\n

Dabei werden detaillierte Kenntnisse \u00c3\u00bcber die metabolischen und genomischen Eigenschaften der neuen St\u00c3\u00a4mme erzeugt. So wird bisher mangelndes Wissen generiert, welche metabolischen F\u00c3\u00a4higkeiten zur Funktionalit\u00c3\u00a4t von Biokontrollmitteln beitragen. Zus\u00c3\u00a4tzlich werden Tests einbezogen um L\u00c3\u00b6sungen mit g\u00c3\u00bcnstigem \u00c3\u00b6kologischen und toxikologischen Profil zu identifizieren. Die Perspektive der ressourcen-effektiven fermentativen Produktion dieser Biokontrollmittel nach Gesichtspunkten der Bio\u00c3\u00b6konomie ist ein weiterer wesentlicher Aspekt dieses Projekts (Kreislaufwirtschaft: Valorisierung von Abfall- und Nebenstr\u00c3\u00b6men).<\/p>\n

VORGEHENSWEISE: <\/strong>Die fungiziden Eigenschaften von bodenbewohnenden Bakterien als nat\u00c3\u00bcrlichen Bestandteilen der Boden\u00c3\u00b6kosysteme werden im Kontext der benannten Pilzkrankheiten erforscht.\u00c2\u00a0 Dazu werden modernste Metabolomik- und Genomik-Technologien eingesetzt um die metabolischen F\u00c3\u00a4higkeiten 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\u00c3\u00a4tsdaten wird das metabolische Profil jedes betrachteten Stammes bewertet. Dadurch kann sowohl die Produktion von pflanzenf\u00c3\u00b6rdernden Substanzen als auch umweltgef\u00c3\u00a4hrdenden Stoffwechselprodukten bestimmt werden.<\/p>\n

2. Neue Naturstoffe mit antifungaler Aktivit\u00c3\u00a4t werden isoliert und ihre Struktur aufgekl\u00c3\u00a4rt. Die identifizierten St\u00c3\u00a4mme und Naturstoffe werden profiliert. Dazu wird die antifungale Potenz bestimmt und \u00c3\u00b6ko-, zell- und phytotoxikologische Tests zur Umweltvertr\u00c3\u00a4glichkeit durchgef\u00c3\u00bchrt.<\/p>\n

3. Die vielversprechendsten Bakterien und Naturstoffe werden in Pflanzen-Infektions-Experimenten getestet. Dazu werden in vivo<\/em>-Assays etabliert. Sie erm\u00c3\u00b6glichen die Effektivit\u00c3\u00a4t der biobasierten Produkte bei der Krankheitskontrolle zu bestimmen.<\/p>\n

ENDERGEBNIS:<\/strong> Das Projekt wird Wissen zu den metabolischen F\u00c3\u00a4higkeiten von Bakterien liefern und \u00c3\u00b6kologisch 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\u00c3\u00b6ffentlichten R-Skripts zusammengefasst. Diese Methode erm\u00c3\u00b6glicht eine halbautomatische und z\u00c3\u00bcgige Analyse gro\u00c3\u0178er Datens\u00c3\u00a4tze, ist nicht nur auf das vorliegende Datenset anwendbar, sondern auch f\u00c3\u00bcr weitere Datensets in der Pipeline dieses Projekts konzipiert. Der Fokus liegt auf einer effizienten Bearbeitung, mit dem Hauptziel der gezielten Stammpriorisierung und Charakterisierung gro\u00c3\u0178er Datens\u00c3\u00a4tze.<\/p>\n

Die Analyse der Firmicutes-St\u00c3\u00a4mme offenbarte, dass Bacillus<\/em>-St\u00c3\u00a4mme eine signifikante Aktivit\u00c3\u00a4t gegen mindestens zwei der drei getesteten pilzlichen Indikatorst\u00c3\u00a4mme aufwiesen. Infolgedessen wurde das Datenset entsprechend bereinigt, indem alle St\u00c3\u00a4mme, die nicht phylogenetisch nachvollziehbar zur Gattung Bacillus <\/em>geh\u00c3\u00b6ren, sowie deren \u00e2\u20ac\u201c durch PCR-Fingerprinting nachgewiesenen \u00e2\u20ac\u201c Duplikate entfernt wurden. Die verbleibenden Bacillus<\/em>-St\u00c3\u00a4mme wurden erneut prozessiert. Dabei wurde deutlich, dass insbesondere St\u00c3\u00a4mme aus der Klade der Bacillus subtilis<\/em> eine ausgepr\u00c3\u00a4gte Aktivit\u00c3\u00a4t gegen\u00c3\u00bcber pilzlichen Indikatoren aufweisen. Dazu geh\u00c3\u00b6ren 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\u00c3\u00a4mmen mit hoher antifungaler Aktivit\u00c3\u00a4t und ohne genetische Duplikate wurden besonders solche priorisiert, die genomsequenziert waren und vorteilhafte Biosynthesegencluster aufwiesen. Dabei wurden vier St\u00c3\u00a4mme besonders priorisiert. Die Biosynthesegencluster der vier priorit\u00c3\u00a4ren Bacillus<\/em>-St\u00c3\u00a4mme weisen darauf hin, dass sie wahrscheinlich pflanzenwachstumsf\u00c3\u00b6rdernde und\/oder antifungal aktive Stoffe produzieren k\u00c3\u00b6nnen, w\u00c3\u00a4hrend das Potenzial f\u00c3\u00bcr medizinisch anwendbare oder umwelttoxische Verbindungen gering ist. Die St\u00c3\u00a4mme sind nun f\u00c3\u00bcr die in vitro Profilierungen (s. Punkt 2) vorgesehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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