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Pflanzenphysiologie: Grüne NOtwehr

Das Konzept ist ausgeklügelt und funktioniert bestens: Registriert das Immunsystem von Taufliege oder Mensch bestimmte Bausteine von Bakterienmembranen, setzt es sich unter anderem mit Stickstoffmonoxid zur Wehr. Aber auch Pflanzen wissen in solchen Fällen NO zu schätzen.
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In kaum einem anderen Fachgebiet ist die beschreibende Sprache so martialisch wie in der Immunologie. Da kämpfen Killerzellen an vorderster Front gegen feindliche Invasoren, unseren Körper erstürmende fremde Eindringlinge werden aufgefressen, vergiftet, durchlöchert, Hauptsache zerstört, ständige Alarmbereitschaft ist oberstes Gebot, ebenso ständiges Wettrüsten des Verteidigungsarsenals die einzige Chance, nicht irgendwann unterzugehen. Wir sind nun mal umgeben von fiesen Erregern, die uns an Gesundheit oder Leben wollen.

Irgendwie jedoch beschränkt sich dieses Bild meist auf Tiere – dass auch Pflanzen ein höchst wirksames Immunsystem mit ebensolchen angeborenen Kontroll- und Verteidigungsinstanzen, Kundschaftern und den gesamten Organismus, sogar Nachbarn betreffenden Informationseinheiten besitzen, offenbart sich erst in den letzten Jahren. In vielem gehen sie eigene Wege, doch gibt es auch verblüffend viele Gemeinsamkeiten, die zeigen, wie uralt manche Verteidigungsmechanismen in der Lebewelt sind.

Dana Zeidler vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit und ihre Kollegen sind einem weiteren, noch gar nicht so lange Bekannten auf die Spur gekommen: Stickstoffmonoxid. Welche bedeutenden Rollen NO im Stoffwechsel von Tieren einschließlich des Menschen spielt, gehört noch zu den neueren Forschungsgebieten – und die Liste ist noch nicht abgeschlossen. Und noch etwas frisch ist das Wissen, dass NO auch in Pflanzen in der Immunabwehr mitspielt.

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Blätter von Arabidopsis | Pflanzen, denen die NO-Synthase fehlt (untere Reihe), sind anfälliger für Krankheiten als ihre wilden Varianten (oben).
Die Wissenschaftler hatten sich nun auf Lipopolysaccharide (LPS) konzentriert, Bestandteile der äußeren Membran von gramnegativen Bakterien, von denen einige auch in Pflanzen Krankheiten auslösen. Jene LPS lösen bei der Taufliege die Produktion von Bakterien abtötenden Peptiden aus, in menschlichen Zellen werden die Immunantwort kontrollierende Substanzen wie auch zelltoxische Moleküle gebildet. Als Zeidler und ihre Kollegen nun Blätter der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) damit reizten, kam auch dort die Reaktion unerwartet prompt: An den betroffenen Stellen, aber auch in anderen Blättern stiegen die NO-Konzentrationen schlagartig an. Außerdem wurden dort etliche Gene aktiv, die für Angehörige des pflanzlichen Verteidigungsaufgebotes kodieren.

Für den plötzlichen Stickstoffmonoxid-Ausbruch ist dabei insbesondere ein Enzym verantwortlich, die NO-Synthase AtNOS1, wie Versuche mit Pflanzen zeigten, denen die Synthase fehlte. An ihnen demonstrierten die Forscher auch, wie wichtig NO in der angeborenen, also nicht erlernten pflanzlichen Notwehr offenbar ist: Die genetisch veränderten Ackerschmalwand-Angehörige waren viel anfälliger für Krankheiten auf Grund von gramnegativen Bakterien als ihre wilden Artgenossen.

Wie allerdings diese heftige NO-Ausschüttung ausgelöst wird und wie dieser nun seinerseits mit der Aktivierung für das Immunsystem spezifischer Gene zusammenhängt, darüber können die Forscher bisher nur spekulieren. Hier weitere Puzzleteile aufzuspüren und zusammenzusetzen, sei "ein aufregendes Ziel für die Zukunft".

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