Sie sitzen überall. Auf den Blättern, auf den Wurzeln und auch auf Blüten und Samen. Pflanzen beherbergen zahlreiche kleine Mitbewohner: Bakterien, Archaebakterien, Pilze und Viren. Ihre Erforschung ist derzeit in vollem Gange. Denn unter diesen Mikroorganismen gibt es nicht nur Pflanzenschädlinge, sondern mindestens genauso viele Nützlinge, die die Abwehr stärken und das Wachstum fördern. Nicht nur Menschen besitzen also ein Mikrobiom das ihre Gesundheit beeinflusst, sondern auch Pflanzen.

Forscher wollen dieses Phytobiom so verändern, dass Ackerpflanzen gegen bestimmte Krankheiten geschützt werden. Einzelne solcher Probiotika sind sogar schon auf dem Markt. Die grosse Hoffnung ist, dadurch den Einsatz von Pestiziden verringern zu können. «Mikrobielle Pflanzenschutzmittel sind einfach umweltfreundlicher und sicherer», sagt Gabriele Berg, Biotechnologin an der Universität Graz.

Sichtbarkeit dank moderner Technik

Ganz neu ist das Prinzip der Bio-Pestizide aber nicht: So setzt man etwa Bacillus-thuringiensis-Präparate seit 1964 im Biolandbau gegen diverse Insekten wie zum Beispiel den Kartoffelkäfer ein. Bacillus thuringiensis ist ein Bodenbakterium. Werden die Mikroben von den Käferlarven aufgenommen, schädigen sie deren Darm und töten sie. Aber erst durch neue Technologien ist es möglich geworden, den Mikrobenreichtum in Pflanzen und Böden sichtbar zu machen und die Funktionen der Kleinstlebewesen nach und nach aufzuschlüsseln.

So weiss man, dass Pflanzen etwa 20 Prozent ihrer Kohlenhydrate an die wuselige Wohngemeinschaft im Boden abgeben. Im Gegenzug sondern Bakterien und Pilze antibiotisch wirksame Stoffe ab, die Schädlinge abtöten. Ausserdem verändern sie die Genaktivität von Pflanzenzellen, was unter anderem die Abwehrkräfte steigern kann.

Pestizide könnten schon bald überflüssig werden

Berg hat beispielsweise herausgefunden, dass Bodenbakterien, die Kohlpflanzen besiedeln, gegen Nematoden und den Schadpilz Verticillium longisporum vorgehen. Der Clou dabei: Diese Bakterien, wie etwa Serratia plymuthica, bilden zudem aus Inhaltsstoffen im Kohl Aromastoffe, die womöglich gegen Krebs wirken. Würde man Kohlpflanzen also gezielt mit solchen Bakterien «beimpfen», könnte die Pflanze möglicherweise Schädlinge besser abwehren und zusätzlich auch noch der Gesundheit des Menschen dienen.

Ziemlich gut erforscht ist auch die Bakteriengattung Pseudomonas, die verschiedene Breitbandantibiotika produziert. Alexandre Jousset, Mikrobiologe an der Universität Utrecht, verfolgt aber noch eine andere Idee: Er sucht Pseudomonaden, die besonders viel fressen und dadurch das Nahrungsangebot für Krankheitserreger schmälern, sodass diese nicht wachsen können. Er will herausfinden, welche Mischung dieser Bakterien am effektivsten gegen Wurzelschädlinge wirkt.

Jousset erforscht ausserdem verschiedene Virenstämme, die etwa den Schleimfäule-Erreger bei Tomaten abtöten. «In 20 Jahren werden wir keine Pestizide mehr brauchen», prophezeit er für den Pflanzenschutz.

Als nützlich haben sich auch Bodenpilze erwiesen. Franz Lang, Molekularbiologe an der Université de Montreal, untersucht derzeit Pilze der Abteilung Ascomycota, die sich in den Wurzeln von Cranberry-Büschen tummeln: «Sie stimulieren das Pflanzenwachstum und gehen sehr effizient gegen Pilzpathogene vor.» Der Cranberry-Anbau in den USA ist besonders Pestizid-intensiv. «Die Pflanzen müssen bis zu zwölfmal im Jahr mit verschiedenen Fungiziden behandelt werden», sagt Lang.

Mikroben können aber noch mehr: In den Wurzeln sitzende Arten schleusen Phosphat und Stickstoff aus dem Boden in die Pflanze – zwei Substanzen, die das Wachstum fördern und die oft als synthetischer Dünger von den Bauern zugegeben werden. Knöllchenbakterien binden etwa Stickstoff aus der Luft und düngen damit Hülsenfrüchte. Zudem können Mikroben Pflanzenhormone bilden und so das Wachstum verstärken.

Andere Pilze machen Pflanzen widerstandsfähig gegen Hitze und Dürre. Mit ihrem weit verzweigten Netzwerk aus Hyphen können die Pilze Wasser aus tieferen Bodenschichten nach oben leiten. Viele molekulare Mechanismen dahinter sind jedoch bislang unklar. Man benötige dringend mehr Forschung dazu, sagt Jousset. «Wir wissen zum Beispiel sehr gut, durch welche Mechanismen Mikroorganismen Pflanzen schützen, aber fast nichts über Parameter, die den Erfolg von Bakterien im Boden bestimmen.» Oft sind Forschungsergebnisse mit anderen Sorten, zu einer anderen Jahreszeit oder an anderen Standorten nicht reproduzierbar. Das verhindert bislang, dass die Produkte in grossem Stil in die Praxis gelangen.

Neue Richtlinien behindern Entwicklung von Produkten

Kopfzerbrechen bereitet den Forschern auch die Gesetzgebung. Derzeit gibt es nämlich viele verschiedene Richtlinien, je nachdem, ob es sich um ein Pflanzenschutz-, ein Dünge- oder ein Stärkungsmittel handelt. «Und es wird an neuen Richtlinien gearbeitet, die eher neue Hürden für innovative Produkte errichten», beklagt Berg. Es wird auch viel mit gentechnisch veränderten Mikroben geforscht, Anwendungen daraus sind aber noch nicht auf dem Markt. «In der Praxis wären die Regulierungen aber unmöglich zu überwinden», ist Jousset überzeugt.

Auch ohne Probiotika können Bauern die Biodiversität der Mikroorganismen, die Bodenfruchtbarkeit und damit die Fitness der Ackerpflanzen erhöhen. Fruchtfolge heisst das altbewährte Prinzip. Ein Schlaraffenland für die hilfreichen Pflanzenmikroben entsteht auch, wenn Bauern den Boden nach der Ernte nicht bearbeiten und die neuen Pflanzen auf die Überreste der Vorgänger säen. Auf Pestizide und Dünger zu verzichten, fördert die nützlichen Kleinst­lebewesen ebenfalls. «Wir brauchen in der Zukunft eine Kombination von schonenden Anbaumethoden und spezifischen Pflanzenprobiotika», sagt Wissenschaftlerin Berg.