Wären wir heutzutage Landwirte in Europa, würden wir wahrscheinlich starke Bedenken hinsichtlich unserer Zukunft haben. Tatsächlich sagt die Europäische Kommission (EC) bis 2030 eine radikale Veränderung des Lebensmittel-Produktionssystems voraus, um ausreichend nachhaltig und sicher für Umwelt und Menschen produzierte Nahrungsmittel sicherzustellen. Die "F2F“ ("Farm to Fork", "Hof auf den Teller")-Strategie aus dem bekannten "Green Deal"-Positionspapier soll durch die Einführung verschiedener Methoden, einschließlich der beträchtlichen Reduzierung der Verwendung synthetischer Pflanzenschutzprodukte und Dünger (bis zu 50%) und der Umwandlung von mindestens 25% der derzeitigen landwirtschaftlichen Fläche in organische Bewirtschaftung, umgesetzt werden.
Die Verringerung von Pflanzenschutzprodukten ist ein langjähriges europäisches Ziel, für das die Auswirkungen sowohl auf die Landwirtschaft als auch auf die Umwelt bisher noch nicht vollständig abgeschätzt wurden, und wofür es allerdings wenige oder keine wirkungsvollen Alternativen gibt. Diese Unzulänglichkeiten verursachen bei den Landwirten große Sorgen, da ihnen in wenigen Jahren viele der derzeit verwendeten Wirkstoffe zum Schutz der Kulturpflanzen nicht mehr zur Verfügung stehen werden. Zudem hat die Pflanzenschutzindustrie derzeit kaum Alternativen anzubieten.
Entwicklung alternativer, wirksamer und nachhaltiger Strategien
Die Europäische Kommission selbst, zusammen mit wichtigen europäischen Einrichtungen wie der ECPA (European Crop Protection Association), räumt ein, dass die Ursachen für diese Unzulänglichkeiten sowohl bei einer Verzögerung der politischen Planung als auch bei der notwendigen Zeit liegen, um auf diese Maßnahmen zu reagieren. Forschung und Innovation sind daher nötig, um diese politischen Ziele zu erreichen. Die EC hat die Dringlichkeit erkannt, starke Investitionen für die Entwicklung alternativer, wirksamer und nachhaltiger Strategien zu fördern. Darüber hinaus muss die EC die regulatorischen Abläufe sowie die Zulassungsprozesse für neue Produkte und Moleküle beschleunigen. Neue Pflanzenschutzstrategien müssen nicht nur effektiv sein für eine große Auswahl von Pathogenen und Schadorganismen (sowohl weit verbreitete als auch neu eingeführte), sondern auch vorteilhaft für die Umwelt und die Menschen.
Sie sollten einfach in der Entwicklung und geeignet sein, regulatorische Prozesse zu durchlaufen sowie ökonomisch nachhaltig sein. Nur dadurch wird es möglich sein, in Europa existierende Pflanzenschutzmethoden zu ersetzen und eine ausreichende und nachhaltige Versorgung mit Nahrungsmitteln zu gewährleisten.
Das durch das EU-Horizon 2020 COST-Programm geförderte und von Prof. Bruno Mezzetti, Abteilung für Landwirtschaft der Marche Polytechnischen Universität, Ancona (IT), geleitete Netzwerk „iPlanta“ (EU-COST Action CA15223; „Modifying plants to produce interfering RNA“), ist auf diese Themenbereiche fokussiert gewesen und hat dabei die Rolle einer neuen Biotechnologie-Methode, bekannt als RNA-Interferenz oder RNAi, untersucht als eine Strategie, die bei der Beseitigung der oben genannten Unzulänglichkeiten helfen kann, indem sie alternative Pflanzenschutz-Ansätze bereitstellt, die den Anforderungen der EC „F2F“-Strategie genügen.
Das 4-Jahresprojekt kam zu den folgenden Schlussfolgerungen, die auch auf der Abschlusskonferenz zusammenfassend dargestellt wurden:
• RNAi ist ein natürlicher, bei Eukaryonten verbreiteter Mechanismus, bei dem kleine doppelsträngige RNA-Moleküle (dsRNA) die Aktivität von Genen in einer sequenzspezifischen Weise stilllegen.
• Diese Sequenzspezifität kann für die Entwicklung von Biopestiziden genutzt werden, um spezifisch Gene für das Wachstum von Pathogenen und Schadorganismen stillzulegen, wobei deren Wirkung abhängig von dem betroffenen Gen ist. Abgesehen von der hohen Spezifität – die im Vergleich zu traditionellen chemischen Pflanzenschutzmitteln einen großen Vorteil hinsichtlich des Schutzes der Umwelt darstellt – ist RNA nicht sehr mobil im Boden, nicht persistent und nicht toxisch. dsRNA kann den Pflanzen auf zwei Wegen geliefert werden: durch die Entwicklung von GVO (gentechnisch veränderte Organismen)-Pflanzen, die gegen Schädlinge und Krankheiten gerichtete RNA exprimieren, oder durch die Entwicklung RNA-basierter Produkte, die wie herkömmliche Pflanzenschutzmittel exogen angewendet werden können (z.B. als Spray).
Die erste Methode, die gentechnisch veränderte Pflanzen beinhaltet, kann besonders für die Baumschul-Industrie, die sich der Produktion von Wurzelstöcken widmet, interessant sein. Tatsächlich wurde gezeigt, dass kleine RNAs vom Wurzelstock in obere Pflanzenteile wandern können, die somit nicht als gentechnisch verändert anzusehen sind. Allerdings könnte auch die Herstellung neuer, auf hochwirksamer dsRNA basierender Formulierungen zur Kontrolle verschiedener pathogener Pilze und Insekten zusammen mit unterschiedlichen Anwendungsverfahren (Spray, Wurzelabsorption, Stamm-Injektionen, Einweichen von Samen) eine wichtige Alternative zu traditionellen synthetischen und sogar zu natürlichen, derzeit in der organischen Landwirtschaft genutzten Pflanzenschutzmitteln darstellen.
• Aufgrund dieser Perspektive investieren mehrere neue Start-Ups und Biotechnologie-Unternehmen in die Entwicklung und Produktion neuer, auf dsRNA basierender Formulierungen, die sicher, erschwinglich und für Landwirte zugänglich sind.
• Die von dieser Technologie ausgehenden Produkte (RNAi-Pflanzen und dsRNA-Produkte) werden entsprechend der gegenwärtigen Regulierungen (GVO-Richtlinie und Pflanzenschutzmittel-Richtlinie) überprüft, um ihre Sicherheit für Umwelt und Verbraucher zu gewährleisten.
• Es ist notwendig sicherzustellen, dass die Einführung dieser Technologie gelenkt wird von einer gründlichen Kenntnis der Verbraucherwahrnehmung hinsichtlich der Vorteile bezüglich Risikominderung verglichen mit den zurzeit erhältlichen synthetischen und natürlichen Pflanzenschutzmitteln.
Die Covid-19 Pandemie beeinträchtigt die Welt derzeit, und nur Impfstoffe (Vektor- oder RNA-basiert) werden eine Rückkehr zur Normalität erlauben. RNA-Technologie hat es ermöglicht, in wenigen Monaten neue, hochgradig sichere und effektive Vakzine zu entwickeln (Pfizer-Biontech und Moderna), die auf der Produktion von kurzen Sequenzen von Boten-RNA (mRNA) basieren und die in der Lage sind, über die Herstellung von Antigenen das Immunsystem zu aktivieren und die so vor dem Virus schützen. Diese Technologie spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Kontrolle der derzeitigen Pandemie und bietet Lösungen auch für die Kontrolle anderer Krankheiten.
Die iPlanta-Aktivitäten haben die bedeutende Rolle von RNA-Technologien für die Behebung landwirtschaftlicher Probleme aufgezeigt, insbesondere durch die Bereitstellung neuer, auf RNAi-Techniken basierender Biokontroll-Lösungen, entweder durch stabile Expression in Pflanzen oder durch die exogene Applikation formulierter RNA-Produkte.
Das iPlanta-Netzwerk wurde durch das EU-Horizon 2020 COST-Programm gefördert und von Prof. Bruno Mezzetti, Abteilung für Landwirtschaft der Marche Polytechnischen Universität, Ancona (IT), email: b.mezzetti@univpm.it, geleitet. Stellvertretender Leiter: Jeremy Sweet, JT Environmental Consultants, Cambridge (UK).
Produktionen des iPlanta-Programms können unter folgenden links eingesehen werden:
Meetings and conferences - Webinars - STSMs and Schools - Publications and Reports - Video and Podcast - Book - Frontiers Research Topic 1 - Frontiers Research Topic 2.
Weitere Information:
Bruno Mezzetti, Vorsitzender der Aktion, IT, b.mezzetti@staff.univpm.it
Jeremy Sweet, stellvertretender Vorsitzender der Aktion, UK, jeremysweet303@aol.com
Guy Smagghe, Arbeitsgruppenleiter, BE, guy.smagghe@ugent.be
Lorenzo Burgos, SP, burgos@cebas.csic.es
Antje Dietz-Pfeilstetter, DE, antje.dietz@julius-kuehn.de
und/oder
Matthias Fladung, DE, matthias.fladung@thuenen.de.
Danksagung
Diese Veröffentlichung basiert auf Arbeiten der COST Action iPlanta, unterstützt durch COST (European Cooperation in Science and Technology - Europäische Zusammenarbeit in Wissenschaft und Technologie).
COST (European Cooperation in Science and Technology - Europäische Zusammenarbeit in Wissenschaft und Technologie) ist ein europäischer Projektträger für Forschungs- und Innovationsnetzwerke. Unsere Aktionen helfen dabei, Forschungsinitiativen in ganz Europa miteinander zu verbinden und Wissenschaftler*innen zu ermöglichen, ihre Ideen mit Kolleg*innen zu teilen und zu diskutieren. Dies fördert ihre Forschung, Karriere und Innovation.