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Insektenpathogene Nematoden

Biologische Schädlingsbekämpfung und industrielle Produktion

Ähnlich wie viele parasitoide Insekten nutzen auch insektenpathogene Nematoden die Larven von Insekten, um sich darin zu vermehren. Sie legen jedoch nicht ihre Eier hinein, sondern dringen selbst über die Mund, After- oder Atemöffnungen oder sogar direkt durch die Haut in die Wirtstiere ein. Der gesamte Entwicklungszyklus einschließlich der Paarung findet in den Insektenlarven statt.

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 Vielfalt 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. 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 wurde.

Insektenpathogene Nematoden: Neuer Lebensraum durch Symbiose

Die insektenpathogenen 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, einem unserer Darmbakterien. Sie sind für den Menschen ungefährlich und sterben 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 Heterorhabditis- und Steinernema-Arten 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.

Und so funktioniert´s: Lebenszyklus der Nematoden

Dauerlarven der Nematoden

Abb. 1: Dauerlarven der Nematoden

Die im Boden lebenden ca. 1 mm langen Dauerlarven der Nematoden (Abb. 1) 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.

Melonenförmiges Veiskel mit Begleibakterien in den Dauerlarven

Abb. 2: Melonenförmiges Veiskel mit Begleibakterien in den Dauerlarven

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.

In der Blutbahn geben die Nematoden die Bakterien ab, die sich rasch vermehren und das Insekt in etwa drei Tagen abtöten. Die Bakterien und das von ihnen vorverdaute Insektengewebe bilden die Nahrungsgrundlage für die Nematoden, die sich ihrerseits schnell vermehren. Nach zwei bis drei Wochen können so in einem Engerling bis zu 300.000 neue Dauerlarven heranwachsen. Dabei genügen schon zwei bis drei Dauerlarven, um den Engerling abzutöten.

Ein Insekt von 60.000 kg: industrielle Produktion der Nematoden

Eine Vielzahl hochwirksamer Gegenspieler von Schädlingen kann nicht im großen Maßstab genutzt werden, da ihre Massenproduktion nicht möglich ist. Insektenpathogene Nematoden lassen sich dagegen in herkömmlichen Bioreaktoren vermehren. Dabei werden im Bioreaktor die Verhältnisse im Insekt, in dem sich der Nematode in der Natur vermehren würde nachgebildet. Der Nematode und sein symbiotisches Bakterium wachsen in einer sterilen Umgebung unter Ausschluss anderer Mikroorganismen auf. Der größte Bioreaktor, der bei der e-nema GmbH zur Produktion von Nematoden genutzt wird, hat eine Kapazität von 60.000 Litern.

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 an einem Modellinsekt. Nur Chargen mit guter Virulenz werden verkauft. Die Methode der Qualitätskontrolle ist einfach und jedem zugänglich, der sich ein Bild von der Qualität unterschiedlicher Nematodenchargen machen will.