Kampf gegen verheerende Zitruskrankheit
Ein verheerendes Bakterium bedroht weltweit den Anbau von Orangen, Mandarinen und Zitronen. Während Obstplantagen verschwinden, versuchen Forscher aus Wageningen, den Zitrusanbau zu schützen, indem sie die DNA des Bakteriums entschlüsseln.
Auf den Nummernschildern von Autos aus Florida ist eine Orange abgebildet, prominent in der Mitte. Der US-Bundesstaat ist eng mit dem Orangenanbau verbunden. In Florida stehen lange Reihen von Zitrusbäumen, Zehntausende Hektar aneinander. 2021 arbeiteten mehr als 30.000 Menschen in diesem Sektor, der fast 7 Mrd US-Dollar wert war, so Wageningen University & Research (WUR).
Doch der Anbau von Orangen und anderen Zitrusfrüchten bricht in den Vereinigten Staaten zusammen. Seit 2006 ist die Produktion von Zitrusfrüchten in Florida um 90 % zurückgegangen. „In den vergangenen Jahren sind wir von 150 Mio Kartons Orangen pro Jahr auf höchstens 10 Mio Kartons zurückgegangen“, beklagte ein junger Erzeuger in einem Bericht eines lokalen Fernsehsenders. „Jedes Mal, wenn ich hier vorbeifahre, sehe ich wieder einen neuen verlassenen Obstgarten.“
Der Niedergang des Orangenanbaus in Florida habe mehrere Ursachen, doch die wichtigste sei die verheerende Zitruskrankheit Huánglóngbìng (HLB). „Sobald man diese Krankheit in einem Obstgarten hat, muss man leicht mit einem Ertragsrückgang von 70 % bis 80 % rechnen“, sagt der Bakteriologe Jan van der Wolf. Von 2020 bis zu seiner Pensionierung im April 2025 forschte er bei Wageningen Plant Research an dem Bakterium, das HLB verursacht. Gemeinsam mit seinem Team versuche er, das Bakterium, das diese Zitruskrankheit verursacht, in den Griff zu bekommen.
„Es besteht eine reale Gefahr, dass die Krankheit durch Tourismus oder Geschäftsverkehr auch hierher gelangt“, warnt Van der Wolf. Die niederländische Lebensmittel- und Warenbehörde (NVWA), zu deren Aufgaben u.a. der Gesundheitsschutz durch die Verhinderung der Ausbreitung von Krankheiten in den Niederlanden und Europa gehört, hat daher für eine staatliche Finanzierung der Wageninger Forschung gesorgt.
Das Liberibacter ist ein eigenartiges Bakterium. „Das Bakterium ist eigentlich verkrüppelt“, sagt Van der Wolf. „Ein durchschnittliches Bakterium hat 5 Mio Basenpaare, das sind die Bausteine der DNA. Das Liberibacter hat nur 1,2 Mio. Liberibacter-Arten sind stark auf eine einzige Pflanze spezialisiert und es fehlen ihnen allerlei Eigenschaften. Sie wählen streng aus, welches genetische Material sie benötigen und welches nicht. Vielleicht ist das Bakterium gerade deshalb so erfolgreich.“
Die Erforschung sei unerlässlich, um den Orangenanbau vor HLB zu schützen. Doch das sei keine leichte Aufgabe. Da das Bakterium so stark spezialisiert sei, überlebe es außerhalb seines Wirts nicht – und somit auch nicht auf einer Petrischale. Im Gegensatz zu anderen Bakterien kann Liberibacter daher nicht für Forschungszwecke gezüchtet werden. „Das wäre so praktisch, z.B. bei der Erforschung von Bekämpfungsmaßnahmen und der Resistenz von Pflanzen. Doch dank der Entwicklung neuer DNA-Techniken sei die Forschung in Wageningen weiter vorangekommen, als Van der Wolf gedacht hatte.
Der erste Schritt bestand darin, geeignetes Material zu beschaffen, da Liberibacter in den Niederlanden nicht vorkommt. Deshalb erhielt sie Pflanzenproben von Züchtern u.a. aus Äthiopien. Im Labor wird die DNA aus dem Pflanzenmaterial extrahiert und mit einem Sequenziergerät ausgelesen, das sie in digitale Daten umwandelt. Der Computer analysiere anschließend diese Rohdaten und ordne die DNA-Fragmente in die richtige Reihenfolge. Wenn genügend genetisches Material von Liberibacter vorhanden sei, kann Russ das Genom des Bakteriums rekonstruieren. „Da wir das Bakterium nicht kultivieren können, müssen wir mit von dem Bakterium infiziertem Pflanzenmaterial arbeiten, aus dem wir die DNA extrahieren. Darin befindet sich nicht nur die DNA der Pflanze und von Liberibacter, sondern auch die von unzähligen anderen Mikroorganismen. Die Kunst besteht darin, die Sequenzen von Liberibacter daraus herauszufiltern. Es gibt zwar fortschrittliche Techniken, um Organismen voneinander zu trennen, aber manche Organismen ähneln sich sehr stark. Man kann auch nicht immer sicher sein, ob man die richtigen Sequenzen zusammenfängt und ob der Satz vollständig ist. Das macht es schwierig.“
Eine weitere häufig verwendete Methode in Russ’ Forschung sei das referenzbasierte Mapping, bei dem DNA-Fragmente mit bekannten Genomen aus Datenbanken verglichen werden. „Man sucht dann nach erkennbaren Teilen eines bereits vorhandenen Puzzles“, erklärt sie.
Um auch unbekannte Fragmente finden zu können, nutze Russ darüber hinaus die De-novo-Assemblierung: eine Methode zur Rekonstruktion eines Genoms ohne Verwendung eines Referenzgenoms. Stattdessen suche ein Computer nach Überschneidungen zwischen den Fragmenten und baue Schritt für Schritt längere Sequenzen auf. „Dann beginnt das eigentliche Puzzeln. Es ist, als wären 10.000 Puzzles – jedes von einem anderen Organismus – auf einen großen Haufen geworfen worden.“
Wenn es Russ und ihren Kollegen gelingt, die Puzzleteile von Liberibacter richtig zusammenzusetzen, können sie diese neuen Informationen in eine öffentliche Datenbank einpflegen. Diese enthält nun also auch Daten, die Russ anhand der äthiopischen Pflanzenproben gewonnen hat. Durch die Weitergabe dieser Informationen kann sie die Bekämpfung der Bakterien vorantreiben. Van der Wolf: „Vorerst sind wir darauf angewiesen, Infektionen zu verhindern und erkrankte Pflanzen zu entfernen. Dafür sind gute Identifizierungs- und Nachweismethoden erforderlich.“
Die Forschung in Wageningen trage auch dazu bei, die genetische Vielfalt von Liberibacter zu bestimmen. Kenntnisse über diese Vielfalt seien für Züchter wichtig, wenn sie nach Resistenz selektieren. Langfristig muss die Lösung nämlich aus der Züchtung kommen, meint Van der Wolf: „Züchter arbeiten schon seit langem intensiv an der Entwicklung resistenter Pflanzen, aber es dauert lange, bis man Ergebnisse sieht. Zitrusbäume wachsen relativ langsam, es kann bis zu zehn Jahre dauern, bis man die ersten Früchte sieht.
Es kann noch viele Jahre dauern, bis die Wissenschaft Liberibacter wirklich in den Griff bekommt. In der Zwischenzeit werden die Preise für Zitrusfrüchte weltweit steigen, erwarten Van der Wolf und Russ. Auch werden Zitrusbauern zunehmend Insektizide einsetzen, mit den damit verbundenen möglichen Folgen für die Umwelt. Van der Wolf: „Und in Ländern, in denen es viele Probleme, aber wenig Geld gibt, wie bspw. in Äthiopien, geht es wirklich um den Lebensunterhalt der Menschen. Ich hoffe, dass unsere Forschung ihnen helfen kann.“
