Pflanzengesundheitspflege ist führend bei der Verwendung von Harpin-Peptiden in der Landwirtschaft

Schon vor Jahrzehnten haben Wissenschaftler gezeigt, dass Pflanzen, wie Tiere, über ein angeborenes Immunsystem verfügen, um potenzielle Gefahren zu erkennen und darauf zu reagieren. Pflanzen nutzen komplexe Signalnetzwerke, um Bedrohungen in der gesamten Pflanze zu kommunizieren und selbst in nicht betroffenen Bereichen Abwehrreaktionen zu mobilisieren. Dies wird als systemisch erworbene Resistenz bezeichnet.

Die Herausforderung für die Wissenschaft bestand darin, Pflanzen dieses Bedrohungssignal zu vermitteln, da Pflanzen im Gegensatz zu Menschen und anderen Tieren viele Sinnesorgane wie Augen, Ohren, Geruchs- und Geschmackssinn usw. nicht besitzen. Zhongmin Wei (im Bild) isolierte während seiner Postdoc-Forschung an der Cornell University erstmals ein als Harpin-Protein charakterisiertes Proteinmolekül aus einem pflanzenpathogenen Bakterium. Erwinia amylovora. 

Harpin ist ein Signalmolekül, das Pflanzen als Bedrohung wahrnehmen und daraufhin ihr angeborenes Immunsystem aktivieren, um sich zu verteidigen. Der Nutzen von Proteinen oder Peptiden für die menschliche Gesundheit war schon lange bekannt, doch dies war das erste Mal, dass ihr Nutzen in der Landwirtschaft nachgewiesen wurde. Diese Entdeckung galt als so bedeutsam, dass die renommierte Fachzeitschrift Science sie auf dem Titelblatt ihrer Ausgabe von 1992 präsentierte (Science Vol. 257, Nr. 5066, S. 85-88). 

Untersuchungen haben gezeigt, dass Pflanzen, wenn sie dem Harpin-Protein oder einem aus Harpin-Proteinen gewonnenen Peptid ausgesetzt werden, von Salicylsäure und Jasmonsäure abhängige Abwehrmechanismen aktivieren, die bei der Pflanze Veränderungen der Zellstruktur auslösen oder die Freisetzung bestimmter einzigartiger Biomoleküle zur Abwehr von Krankheiten, Schädlingen und Nematoden bewirken. 

Neben der Abwehrreaktion sind Harpin-Proteine auch für ihre Fähigkeit bekannt, das Pflanzenwachstum zu stimulieren, was zu höheren Erträgen und/oder einer verbesserten Produktqualität führt. Harpin-Proteine bieten einen Breitbandschutz gegen Pilz-, Bakterien- und Fadenwurmerkrankungen. 

Innovation und Pioniergeist

Plant Health Care – heute Teil des Biotechnologiegeschäfts von PI Industries – ist das erste Unternehmen weltweit, das innovative Harpin- und Peptid-Technologien in der Landwirtschaft als nachhaltigere Option für Pflanzenschutz und Ertragssteigerung im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Pestiziden anbietet. Es ist zudem das einzige Unternehmen weltweit, das diese Produkte für Nutzpflanzen anbietet.

Die auf Harpin und abgeleiteten Peptiden basierenden Produkte von Plant Health Care werden derzeit in über 25 Ländern weltweit verkauft und verfügen über Vertriebspartner und Niederlassungen in Brasilien, Mexiko, den USA, Großbritannien, Portugal, Spanien, Italien, der Türkei und Südafrika. Die Produktregistrierung in Indien wird für 2025 erwartet. PI Industries hat Plant Health Care im Jahr 2024 im Rahmen seiner Vision übernommen, ein führendes globales Biotechnologieunternehmen zu werden. 

Wie sich pflanzliche Gesundheitspeptide von synthetischen Produkten unterscheiden 

Landwirte haben in den letzten Jahrzehnten eine breite Palette landwirtschaftlicher Betriebsmittel eingesetzt. Daher ist es wichtig, dass ihnen vielfältige Werkzeuge zur Verfügung stehen, um die Herausforderungen auf dem Feld zu bewältigen. Hochwirksame synthetische Pflanzenschutzmittel haben maßgeblich zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktivität beigetragen und sind ein wichtiges Instrument für Landwirte. 

Allerdings stellen diese Produkte eine Herausforderung dar, da sie Resistenzen entwickeln, sich auf nützliche Mikroorganismen/Insekten auswirken, Rückstände verursachen und Auswirkungen auf die Umwelt haben. Zudem steigt in letzter Zeit der Druck seitens der Aufsichtsbehörden und der Gesellschaft, ihren Einsatz zu reduzieren.

Herkömmliche biologische Produkte hingegen weisen eine unterschiedliche Wirksamkeit auf. Die Leistung mikroorganismusbasierter Produkte wird durch verschiedene Umweltfaktoren und einheimische Mikroorganismen beeinflusst. Weitere Herausforderungen sind die Verwaltung der Haltbarkeit, Lagerung und Kompatibilität der Tankmischung mit anderen landwirtschaftlichen Betriebsmitteln.

Die peptidbasierten Produkte von Plant Health Care sind Biomoleküle und unterliegen vielen Faktoren, die auch lebende Mikroorganismen beeinflussen. In Bezug auf Wirksamkeit und Leistung liegen die Peptide von Plant Health Care zwischen synthetischen Pflanzenschutzmitteln und herkömmlichen biologischen Produkten. Sie haben das Potenzial, die Wirksamkeit synthetischer Pflanzenschutzmittel mit den positiven Umwelteigenschaften biologischer Produkte zu kombinieren.

Plant Health Care-Peptide wirken in einer Vielzahl von Umgebungen, sind mit einer Vielzahl landwirtschaftlicher Betriebsmittel kompatibel, haben eine lange Haltbarkeit und hinterlassen keine Rückstände und beeinträchtigen keine nützlichen Mikroben/Insekten. Plant Health Care-Peptide aktivieren das angeborene Immunsystem der Pflanze und schützen sie so vor biologischem und abiotischem Stress. Sie töten Mikroorganismen oder Pflanzen nicht direkt ab, daher besteht keine Gefahr der Resistenzentwicklung.

Plant Health Care verfügt derzeit über die weltweit größte Bibliothek von Peptidmolekülen für die Entwicklung landwirtschaftlicher Produkte. Es wurden bereits etwa 700 Peptide für den Einsatz in der Landwirtschaft katalogisiert, um Pflanzenkrankheiten zu behandeln, Nematoden zu bekämpfen, abiotischen Stress zu bewältigen, den Ertrag zu verbessern und das Pflanzenwachstum anzuregen. 

Bisher wurden drei dieser Peptide weltweit zugelassen und vermarktet, weitere zwölf befinden sich in der Testphase und bieten Landwirten verschiedene Vorteile. Dank der Investition von PI Industries erweitert Plant Health Care sein Forschungsteam und seine Forschungsprogramme. Zudem werden neue Peptide für die Entwicklung neuer Produkte entwickelt. Angesichts der Bedeutung und Einzigartigkeit von Peptiden investieren derzeit viele Unternehmen in die Forschung, um peptidbasierte Produkte auf den Markt zu bringen. Plant Health Care hat jedoch mit über 12 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet einen klaren Vorsprung. 

Um seine Vision zu verwirklichen, ein weltweit führendes Biologika-Unternehmen zu werden, hat PI Industries in vier F&E-Einrichtungen in den USA und Indien investiert, die sich der Erforschung biologischer Lösungen widmen. 

Coplacana ist der führende Anbieter von Pflanzengesundheitsprodukten in Brasilien und bietet Zuckerrohrproduzenten seit sieben Jahren die einzigartigen Technologien von PHC an. Heute profitieren Hunderttausende Hektar Zuckerrohr in Brasilien von der Harpin-Peptidlösung.

von Jagresh Rana, Global Head of Biologicals, Plant Health Care