Insektenpathogene Nematoden - Nützlinge für die Schädlingsbekämpfung
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Abb. 1: Vorderende einer Dauerlarve des Nematoden Heterorhabditis bacteriophora.
Der Haken unterstützt das Eindringen der Dauerlarve in das Wirtsinsekt. (Rasterelektroenenmikroskopische Aufnahme)
Nematoden: eine faszinierende Tierklasse
Fadenwürmer oder Nematoden sind eine ähnlich erfolgreiche Tierklasse wie die Insekten. Sie haben sich
fast alle Lebensräume erobert, von der Tiefsee bis ins Hochgebirge. Keine andere Tiergruppe ist zahlreicher als
die Nematoden. Die überwiegende Anzahl der Arten sind harmlose Bodenbewohner. Einige wenige Arten jedoch richten
erhebliche Pflanzenschäden an, andere sind als Parasiten von Tieren und Menschen bekannt. Trotz der Vielfältigkeit
der besiedelten Lebensräume ist der Bauplan der Tiere sehr einheitlich. Er ist einfach und effizient, ein Erfolgsmodell,
vergleichbar vielleicht mit dem Fahrrad oder dem VW-Käfer. Die Tiere kommen ohne Arme und Beine aus, ihre Muskeln
verlaufen im Körper nur in Längsrichtung. Der Körper der Tiere ist so robust, daß sie fast ohne Reparaturmechanismen
auskommen. Die Entwicklung von der Eizelle bis zum vollendeten Nematoden läßt sich für jeden Zellteilungsschritt
voraussagen und verläuft bei jedem Tier gleich. Aufgrund dieser Eigenschaften wurde der Nematode
Caenorhabditis elegans zum wichtigsten Forschungsobjekt der Genetiker und Entwicklungsbiologen. Es ist der
erste mehrzellige Organismus, dessen genetischer Code vollkommen entschlüsselt ist.
Abb. 2: Dauerlarve eines Nematoden der Art Steinernema feltiae. Zu sehen ist hier der vordere Darmbereich
in dem die Zellen des symbiotischen Bakteriums aufbewahrt werden. Erst bei Befall eines Insekts werden die Bakterien
abgegeben. Die Bakterien töten das Insekt ab, vermehren sich und werden ihrerseits von den Nematoden gefressen.
(Foto: Ehlers)
insektenpathogene Nematoden: Neuer Lebensraum durch Symbiose
Die insektenpathogene Nematoden der Gattungen Heterorhabditis und Steinernema sind, offenbar unabhängig
voneinander, eine symbiotische Beziehung mit Bakterien eingegangen. Die Bakterien gehören zu den Enterobacteriaceae,
sind also nah verwandt mit Escherichia coli, unserem Darmbakterium. Sie sind jedoch für den Menschen ungefährlich.
Außerdem sterben sie bei Temperaturen über 35°C ab. Dank dieser Symbiose sind die Nematoden in der Lage, die befallenen
Insekten rasch abzutöten. Nahe verwandte Arten, die keine symbiotischen Bakterien tragen, dringen zwar auch in die
Insektenlarven ein, müssen dort aber warten, bis das Insekt stirbt. Wieder andere Arten befallen erst den Insektenkadaver.
Die Nematoden haben sich dank der Symbiose das lebende Insekt als neuen Lebensraum erschlossen. Das gleiche gilt auch für
die symbiotischen Bakterien, die ohne den Nematoden nicht ins Blut der Insekten gelangen könnten.
Abb. 3: Dauerlarven der Gattung Heterorhabditis bacteriophora. Eine Dauerlarve ist etwa 0,7 mm lang und mißt 0,023 mm im
Durchmesser. (Foto: Peters)
Und so funktioniert´s: Lebenszyklus der Nematoden
Die im Boden lebenden ca. 1 mm langen Dauerlarven der Nematoden (Abb. 3) beherbergen ein Zellpaket ihrer
BegleitBakterien im Darm (Abb. 2). Auf der Suche nach Insektenlarven wandern die Dauerlarven einiger Arten, wie z.B.
die der Gattung Heterorhabditis, im Boden umher. Andere Arten, wie Steinernema carpocapsae, lauern ihren
Opfern in den obersten Bodenschichten auf. Viele Arten verfolgen beide Strategien. Haben die Dauerlarven einen Wirt
gefunden, dringen sie direkt über die Haut in die Blutbahn ein oder benutzen den Umweg über den Darmkanal oder das
Atemröhrensystem (Tracheensystem) der Insekten. Dabei dient der Gattung Heterorhabditis ein Zahn am Kopf als
Werkzeug (Abb. 1).
Abb. 4: Lebenszyklus eines insektenpathogenen Nematoden im Engerling. Nach Vermehrung im Engerling wandern Dauerlarven
auf der Suche nach weiteren Schädlingen durch den Boden.
In der Blutbahn geben die Nematoden die Bakterien ab, die sich rasch vermehren und das Insekt in etwa 3 Tagen abtöten.
Die Bakterien und das von ihnen vorverdaute Insektengewebe bildet die Nahrungsgrundlage für die Nematoden, die sich
ihrerseits schnell vermehren. Nach 2 bis 3 Wochen können so in einem Engerling bis zu 300.000 neue Dauerlarven
heranwachsen. Dabei genügen schon 2-3 Dauerlarven, um den Engerling abzutöten.
Abb. 5: Einer der Bioreaktoren bei e~nema. In den sterilen Rührkesseln wachsen unter kontrollierten Bedingungen
Milliarden von Nematoden heran.
Ein Insekt von 80.000 kg: industrielle Produktion der Nematoden
Eine Vielzahl hochwirksamer Gegenspieler von Schädlingen kann nicht im großen Maßstab genutzt werden, da die
Massenproduktion nicht möglich ist. Insektenpathogene Nematoden lassen sich dagegen in herkömmlichen Bioreaktoren
vermehren. Dabei werden die Verhältnisse im Insekt nachgebildet. Der Nematode und das symbiotische Bakterium wachsen
in einer sterilen Umgebung unter Ausschluß anderer Organisimen auf. Der größte bislang für die Produktion von Nematoden
genutzte Reaktor faßt 80.000 Liter.
Die guten ins Päckchen: Qualitätskontrolle
Nematoden sind ein lebendiges biologisches Bekämpfungsmittel. Die Qualität unterliegt, je nach Herstellungsverfahren,
erheblichen Schwankungen zwischen den einzelnen Produktionschargen. Eine ständige Qualitätskontrolle ist daher
unabdingbar. Die Firma e~nema testet jede Produktionscharge auf ihre Virulenz gegenüber einem Modellinsekt.
Nur Chargen mit guter Virulenz werden verkauft. Die Methode der Qualitätskontrolle ist einfach und sollte
jedem zugänglich sein, der sich ein Bild von der Qualität unterschiedlicher Nematodenchargen machen will.
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