Bacillus thuringiensis

Die Karriere eines Bakteriums

Seit mehr als hundert Jahren ist bekannt, dass bestimmte, überall im Boden anzutreffende Bakterien - Bacillus thuringiensis (Bt) - eine giftige Wirkung auf Insekten haben und sie abtöten. Ursache dafür ist das Bt-Toxin, ein von den Bakterien gebildetes Protein. Diese Fähigkeit des Bakteriums wurde bereits in der Mitte des vorigen Jahrhunderts für den Pflanzenschutz nutzbar gemacht, erste Bacillus thuringiensis-Präparate kamen als biologische Schädlingsbekämpfungsmittel auf den Markt. Heute wird ein breites Spektrum solcher
Bt-Präparate vor allem im ökologischen Landbau eingesetzt. Seit den achtziger Jahren interessiert sich auch die Gentechnik für das Bakterium. Durch Übertragung des Gens für das Bakterienprotein, produzieren Pflanzen selber Bt-Toxin, das sie vor ihren Fraßfeinden schützt.

Als erster hatte 1901 ein japanischer Wissenschaftler das Bakterium in der Seidenraupe gefunden und ihm den Namen Bacillus sotto gegeben, ohne allerdings seine besonderen Eigenschaften zu erahnen. Zehn Jahre später isolierte der deutsche Wissenschaftler Ernst Berliner das Bakterium aus kranken Mehlmotten und machte es verantwortlich für die "Schlaffsucht" der Tiere. Da er die erste Probeeinsendung aus einer Mühle in Thüringen erhalten hatte, nannte er das Bakterium Bacillus thuringiensis.

In den späten 20er Jahren wurden bereits Feldversuche mit Bacillus thuringiensis gegen den Maiszünsler durchgeführt, bis 1938 schließlich das erste kommerzielle Bt-Präparat (Sporeine) in Frankreich auf den Markt kam. Zu einem großflächigen Einsatz kam es aber erst in den 60er Jahren. In Deutschland war es das Bt-Präparat Biospor, das 1964 als erstes eine Zulassung als Pflanzenschutzmittel bekam.

Nach Einführung der ersten Bt-Präparate im Pflanzenschutz wurden immer wieder neue bis dahin unbekannte Bacillus thuringiensis-Stämme entdeckt. So hat 1970 die Entdeckung des besonders virulenten Bt-Stammes B. thuringiensis kurstaki, der gegen Raupen bestimmter Schmetterlinge wirksam ist, oder auch 1983 die Entdeckung des gegen bestimmte Käfer z.B. den Kartoffelkäfer wirksamen Bt-Stammes B. thuringiensis tenebrionis das Spektrum einsetzbarer Bt-Mittel erheblich erweitert.

Gezielt einsetzbar

Nicht alle Bt-Stämme sind toxisch gegenüber Insekten, aber bei den toxischen Bt-Stämmen sind inzwischen etwa 170 Bt-Toxine bekannt, die aber jeweils nur auf bestimmte Insektengruppen wirken. Dabei ist das Wirkspektrum auf drei Insektengruppen beschränkt, nämlich auf Schmetterlinge, Blattkäfer und Zweiflügler wie Mücken und Fliegen.
1989 wurden die Toxine nach ihrem Wirtsspektrum, der Übereinstimmung ihrer Gensequenzen und ihrer Molekülgröße in fünf Hauptklassen unterteilt (cry =crystal):

CryI: wirkt spezifisch gegen Schmetterlinge
CryII: Schmetterlinge und Zweiflügler
CryIII: Käfer
CryIV: Zweiflügler
Cry V: Käfer und Schmetterlinge

Dass Bt-Toxine so spezifisch wirken, ist ein wesentlicher Vorteil von Bt-Präparaten. Die einzelnen Bt-Toxin-Varianten treffen die jeweiligen Schädlinge einer bestimmten Kulturpflanze, ohne andere, als Nützlinge geschätzte Arten zu gefährden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Bt-Toxin für Säugetiere und Menschen harmlos ist.
Kommerziell erhältliche Bt-Präparate bestehen aus getrockneten Bakterien-Sporen und dem kristallinen Toxin. Sie werden heute vor allem im Weinbau, in Forst und Grünanlagen sowie im Kartoffel-, Obst- und Gemüseanbau verwendet. Eine größere Bedeutung haben sie im Ökologischen Landbau, etwa 90 Prozent aller biologischen Schädlingsbekämpfungsmittel sind Bt-Präparate. Bei Agrarchemikalien insgesamt machen sie dagegen nur ein Prozent aus.

Wirkungsmechanismus des Bt-Toxins

Das wirksame Protein wird von den Bt-Bakterien zunächst in einer ungiftigen Form (Protoxin) als Kristallprotein gebildet. Erst im Darm bestimmter Fraßinsekten wird es in eine giftige Variante umgewandelt. Das Kristallprotein wird vom Insekt mit der Nahrung aufgenommen, im Verdauungstrakt gelöst und durch spezielle Enzyme des Darmsaftes, so genannter Proteasen aktiviert, schließlich an spezifische Rezeptoren der Darmwand gebunden. Es kommt zur Integration in die Darmwand und zur Bildung von Poren. Dadurch wird die Darmwand perforiert, was zum Tod des Insekts führt.
Im September 2006 wurde in der wissenschaftlichen Zeitung PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences, von Wissenschaftlern der Universität von Wisconsin-Madison berichtet, dass Bt-Toxin nicht ohne die Hilfe von Darmbakterien wirken kann. Erst wenn die Bakterien durch die Poren in den Blutkreislauf gelangen, kommt es zur Blutvergiftung und damit zum Absterben des Insekts.

Bt-Toxin in transgenen Pflanzen: Anders als das Bakterientoxin?

Mit Hilfe gentechnischer Verfahren können die aus Bacillus thuringiensis isolierten Bt-Toxin Gene auf Pflanzen übertragen werden. Wie bei allen Proteinen ist auch beim Bt-Toxin die "Bauanleitung" in einer bestimmten DNA -Abfolge (Gen) verschlüsselt. Wird das aus Bakterien isolierte Bt Toxin Gen in das Erbgut einer Pflanze eingeschleust, produziert die Pflanze selbst Bt-Toxin. 1995 wurde die erste Bt Pflanze, Mais, in den USA zugelassen. Heute wird Bt Mais auf etwa 14 Millionen Hektar vor allem in den USA angebaut.
Die aktiven Toxine aus Bt Pflanzen und aus Pflanzenschutzmitteln mit dem Wirkstoff Bt sind in ihrer Wirkung vergleichbar. In beiden liegt das Bt Protein als ein Protoxin vor. Erst im alkalischen Darmmilieu empfindlicher Insekten wird das Protoxin, die Toxinvorstufe, durch bestimmte Enzyme (Proteasen) in aktives Toxin umgewandelt.

Unterschiedlich ist, dass die in die Pflanze eingeführten Bt Gene verkürzt und an die Pflanze angepasst worden sind. Das Protein liegt dort nicht als Kristall, sondern gelöst vor. Vermutungen, dass dadurch möglicherweise auch andere Insekten als nur der "Zielorganismus" durch das Toxin geschädigt werden könnten, haben sich in den umfangreichen Untersuchungen etlicher Projekte der Sicherheitsforschung bislang nicht bestätigt.

Nachdem Sie sich nun über die Wirkungsweise von BT informiert haben, möchte ich noch folgendes hinzufügen. Sollte eine Wachsmotte im Nest entdeckt werden, hat sie vermutlich auch Eier abgelegt. Später fressen sich die kleinen Larven meist von unten an das Nest heran. Falls die Altkönigin noch keine Jungköniginnen und Drohnen hervorgebracht hat, sollte man sich überlegen ob man BT einsetzt. Dieses muss jeder Hummelfreund selbst entscheiden. Sind bereits Königinnen und Drohnen geschlüpft hat das Volk seine Aufgabe erfüllt und die nächste Generation ist gesichert. Von nun an zerstören die Larven der Wachsmotte nur noch den Nistkasten, die Tönnchen und fressen die noch nicht geschlüpften Hummellarven. Wenn die Wachsmottenlarven eine Größe von ca. 2,5 cm erreicht haben, fressen sie sich in Wandung und Ritzen des Kastens. Sie verkleben meist den Deckel, so das man ihn nur schwer öffnen kann.

Bacillus thuringiensie bekommt man im Gartenhandel oder hier für 3,00 € pro Tüte.

Bacillus thuringiensis1

Wie setze ich BT ein

Das Nest muß dazu aber frei gelegt werden. Das heißt die Polsterwolle vorsichtig zur Seite schieben und die Hülle des eigentlichen Nestes öffnen. Diese Prozedur sollte an einem warmen Tag bei einerTemperatur um 25°C erfolgen. Das Mittel wird in einer Sprühflasche mit Wasser aufgelöst. Der Inhalt eines Tütches beträgt 3g. Es genügt wenn man 1 halbes Gramm in einem halben Liter Wasser auflöst. Das angesetzte Spritzmittel wird direkt auf die Waben gespritzt. Wenn alles benetzt ist, lässt man das Nest noch eine Weile offen, bis das Sprühmittel abgetrocknet ist. Danach schließt man das Nest vorsichtig, indem man die Polsterwolle über dem Nest zusammen zieht. Die Hummeln reparieren die Nesthülle wieder. Bacillus thuringiensis aizawai ist speziell für Larven der Motte als Zielgruppe isoliert worden.

Bei manchen Hummelarten, speziell Baumhummeln muss man für einen geeigneten Stichschutz sorgen, denn diese Prozedur gilt als Angriff auf das Nest.

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