Nachhaltige Produktion insektizider und akarizider Metaboliten durch endophytische Pilze mittels Festphasenfermentation

Verborgene Pilze zu Ernteschützern machen

Die moderne Landwirtschaft ist stark von chemischen Pestiziden abhängig, um Insekten und Milben daran zu hindern, Ernten zu zerstören. Diese Chemikalien können jedoch Bestäuber schädigen, Böden und Gewässer verunreinigen und dazu führen, dass Schädlinge Resistenzen entwickeln. Diese Studie untersucht einen ganz anderen Ansatz: harmlose Pilze zu nutzen, die in Weizenwurzeln leben, und sie dazu zu bringen, landwirtschaftliche Nebenprodukte in natürliche, schädlingsabtötende Mischungen zu verwandeln – potenziell eine sicherere Schutzmöglichkeit für Pflanzen und Umwelt.

Stille Verbündete in den Weizenwurzeln

Die Forscher begannen mit einer einfachen Frage: Könnten die mikroskopischen Pilze, die natürlich in gesunden Weizenwurzeln leben, der Pflanze bei ihrer Abwehr helfen? Diese sogenannten endophytischen Pilze leben in Pflanzengeweben, ohne Krankheiten zu verursachen. Das Team sammelte Weizenpflanzen aus drei Regionen Ägyptens und isolierte 38 verschiedene Pilzstämme aus ihren Wurzeln. Anschließend testeten sie jeden Stamm darauf, wie gut er chemische Verbindungen und Enzyme produzieren kann, die bekannt dafür sind, Insektenkörper zu schädigen oder anderweitig als natürliche Pestizide zu wirken. Ein besonders bemerkenswerter Stamm, bezeichnet als MORSY‑27 und später als Geomyces‑Art identifiziert, erzeugte durchgängig die höchsten Mengen dieser potenziell schützenden Substanzen.

Die Pilze mit landwirtschaftlichen Reststoffen füttern

Damit ein biologisches Pestizid in der Praxis nützlich ist, muss es billig und skalierbar sein. Statt den Pilz in Flüssiggärtanks zu züchten, verwendeten die Wissenschaftler Festphasenfermentation und ließen ihn auf feuchten Pflanzenresten wachsen, die sonst entsorgt würden – etwa Orangenschalen und Tomatenpulp, Bananenschalen, Taro‑Abfälle, Sonnenblumenpresskuchen und Stängel eines Blattgemüses namens Molokhia. Diese Materialien sind reich an Zucker, Fasern, Ölen und Proteinen und ahmen den natürlichen Lebensraum des Pilzes nach. Durch Anpassung von Temperatur und Feuchte suchte das Team nach Bedingungen, die den Pilz dazu bringen, möglichst große Mengen an pesticidwirksamen Verbindungen zu produzieren.

Das beste Rezept für natürliche Toxine finden

Unter dem Mikroskop und mittels chemischer Tests erwies sich Geomyces sp. MORSY‑27 als produktive Mini‑Fabrik. Auf den meisten Pflanzenabfällen produzierte er vier Hauptgruppen pflanzenähnlicher Chemikalien – Phenole, Flavonoide, Terpenoide und Alkaloide – sowie Fettsäuren, die Insektenzellen stören können. Er sezernierte außerdem potente Enzyme, die die äußere Hülle (Cuticula) von Insekten und Milben verdauen, darunter chitinfressende, proteinspaltende und fettspaltende Enzyme. Besonders günstig erwiesen sich Sonnenblumenpresskuchen und Taro‑Abfälle; eine Temperatur um 20 °C bei moderater Feuchte erzeugte die reichhaltigste Mischung dieser bioaktiven Moleküle. Bei der Analyse des sonnenblumenbasierten Extrakts mittels Gaschromatographie‑Massenspektrometrie fanden die Forscher 39 verschiedene Verbindungen, viele davon verwandt mit Fettsäureestern und ‑amiden, die zuvor mit insektizider oder mikrobenhemmender Aktivität in Verbindung gebracht wurden.

Den pilzlichen Cocktail auf die Probe stellen

Um zu prüfen, ob diese Mischungen Schädlinge tatsächlich schädigten, testeten die Wissenschaftler die Extrakte gegen zwei wichtige landwirtschaftliche Feinde: den schwarzen Schnellkäfer (black cutworm), dessen Raupen junge Setzlinge vernichten können, und die zweifleckige Spinnmilbe, einen winzigen Saft‑sauger, der Hunderte von Kulturpflanzen befällt. Wenn Raupen an mit den Pilzextrakten behandelten Blättern fraßen, verlangsamte sich ihre Entwicklung drastisch; in einigen Behandlungen dehnte sich das Larvenstadium von etwa 18 auf mehr als 40 Tage aus. Viele Larven und Puppen starben, und Überlebende schlüpften oft als deformierte Erwachsene mit schrumpfenden Flügeln oder blieben in unvollständigen Häutungen stecken – Anzeichen für eine Störung ihrer Hormone und Cuticula‑Bildung. Bei Spinnmilben verursachten die Extrakte eine starke, dosis‑ und zeitabhängige Mortalität bei Adulten und reduzierten die Eientwicklung deutlich. Einige Behandlungen erzielten nahezu 100 % Erwachsenentod und ein vollständiges Ausbleiben des Schlupfs, wenn Weibchen vor dem Eierlegen exponiert wurden.

Was das für die Landwirtschaft bedeuten könnte

Für Nicht‑Spezialisten lautet die Botschaft klar: Indem man mit Pilzen zusammenarbeitet, die bereits in Kulturpflanzen leben, und sie mit günstigen Pflanzenresten füttert, könnte man leistungsfähige, natürliche Schädlingsbekämpfungsmischungen erzeugen. Der hier untersuchte Geomyces‑Stamm verwandelte Sonnenblumen‑ und andere Verarbeitungsabfälle in ein komplexes Gemisch aus Enzymen und Ölen, das Raupen und Spinnmilben lähmte und gleichzeitig auf erneuerbare, kostengünstige Rohstoffe setzte. Obwohl weitere Arbeiten nötig sind, um die sichersten Inhaltsstoffe zu isolieren, Feldtests durchzuführen und Vergleiche mit bestehenden Produkten anzustellen, deutet dieser Ansatz auf eine Zukunft hin, in der Landwirte Erträge mithilfe maßgeschneiderter pilzlicher Verbündeter schützen könnten, anstatt sich hauptsächlich auf synthetische Chemikalien zu verlassen.

Zitation: El-Gendy, M.M.A.A., Sadek, H.E., Barghout, M.E. et al. Sustainable production of insecticidal and acaricidal metabolites by endophytic fungi using solid-state fermentation. Sci Rep 16, 11356 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40413-w

Schlüsselwörter: Biopestizide, endophytische Pilze, Weizen-Schädlinge, Festphasenfermentation, nachhaltige Landwirtschaft