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Eine neue Ära im Pflanzenschutz: Wie das erste RNAi-Spray auf dem Markt gegen Kartoffelkäfer wirkt

Eine gemeinsame Studie von GreenLight Biosciences, dem Fraunhofer IME und der Justus-Liebig-Universität Gießen unter Leitung von Prof. Dr. Andreas Vilcinskas zeigt erstmals, dass das RNAi-Spray Calantha durch die gezielte Ausschaltung des Proteasom-Gens PSMB5 eine tödliche Proteasom-Fehlfunktion im Kartoffelkäfer auslöst.

Adulter Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata) auf einem Kartoffelblatt. Bildnachweis: Fraunhofer IME | Andreas Vilcinskas.

Klimawandel und intensive Landwirtschaft begünstigen die Ausbreitung von Schadinsekten. Gleichzeitig geraten herkömmliche Insektizide wegen Umwelt- und Gesundheitsrisiken sowie zunehmender Resistenzen unter Druck. Mit Calantha® (Wirkstoff: ledprona) hat GreenLight Biosciences 2023 in den USA das weltweit erste RNAi-Spray zugelassen bekommen. Eine aktuelle Studie von GreenLight Biosciences, dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME (Institutsteil Bioressourcen) sowie der Justus-Liebig-Universität Gießen erläutert den Wirkmechanismus. Das Spray schaltet im Kartoffelkäfer gezielt ein lebenswichtiges Gen aus und löst darüber hinaus eine bislang nicht beschriebene sekundäre Auswirkung, bei dem es zu einer tödlichen Anreicherung Proteine im Insektenkörper kommt. Die Studie belegt die Spezifität der entwickelten dsRNA und identifiziert die durch diese verursachte Auslösung von Proteasom-Fehlfunktionen als Wirkmechanismus von ledprona.

Das Wichtigste in Kürze:

  • Technologie: RNA-Interferenz (RNAi) nutzt doppelsträngige RNA (dsRNA), um die Bildung ausgewählter Proteine in Schadinsekten gezielt zu unterbinden. Für die Entdeckung von diesem Mechanismus wurde 2006 der Nobelpreis in Physiologie und Medizin an Andrew Fire und Craig Mello vergeben.
  • Produkt: Calantha® (ledprona) ist ein RNAi-spray der vor kurzem in den USA zugelassen wurde und wirkt gegen Kartoffelkäferlarven (Leptinotarsa decemlineata), einen global bedeutsamen Schädling im Kartoffelanbau.
  • Wirkmechanismus: Die dsRNA targetiert das Gen für die Proteasom-Untereinheit beta-typ 5 (PSMB5). Dessen Hemmung stört die Assemblierung des zellulären Protein-Recyclingsystems (26S Proteasom), wodurch eine Ansammlung der beschädigten Proteine zustande kommt und dies letztendlich die Larven tötet.
  • Spezifität und Umwelt: Die dsRNA ist so konzipiert, dass ihre Sequenz gezielt den Zielinsektenorganismus adressiert; zusätzliche Vorteile sind, dass die dsRNA biologisch abbaubar ist und keine toxischen Pestizidrückstände hinterlässt.


So funktioniert RNAi im Feld:

RNAi-Sprays werden, ähnlich wie konventionelle Pflanzenschutzmittel, auf Nutzpflanzen ausgebracht. Frisst ein Schadinsekt an den behandelten Blättern, nimmt es die dsRNA auf. Diese schaltet in den Zellen des Insekts gezielt die Aktivität zuvor ausgewählter Gene ab, die für das Überleben essenziell sind. Ledprona hemmt im Kartoffelkäfer die Synthese der katalytischen Proteasom-Untereinheit PSMB5. Dadurch werden die korrekte Proteasom-Assemblierung und das zelleigene Proteinrecycling unterbunden, ein zentraler Grund für das Absterben der Larven. Die Plattform von GreenLight Biosciences ermöglicht die kosteneffiziente, biochemische Produktion von dsRNA ohne den Einsatz gentechnisch veränderter Organismen. GreenLight Biosciences hat weitere RNAi-Sprays zur Zulassung eingereicht, darunter eines gegen die Varroamilbe.

Blick nach Europa und nächste Schritte

In Deutschland und weiteren EU-Ländern bestätigen Feldstudien mit Calantha® die Wirksamkeit gegen Kartoffelkäferlarven. Damit jedoch Landwirtinnen und Landwirte von solchen zielgenauen, potenziell umweltschonenden Optionen profitieren können, ist in der EU ein passendes Zulassungsverfahren für RNAi-Sprays notwendig. Am Institutsteil Bioressourcen des Fraunhofer IME werden parallel RNA-Sprays gegen Blattläuse sowie gegen die Schilf-Glasflügelzikade (Pentastiridius leporinus), einen neuen Hauptschädling im Zuckerrübenanbau, entwickelt. Die Arbeiten werden teilweise durch das EU-Horizon-Projekt NextGenBioPest gefördert. Dabei ist die Formulierung entscheidend, die an jeden Schädling angepasst werden muss und wie die formulierte dsRNA biologisch abbaubar nicht toxisch sein muss.

Publikation

Graser L, Gordon ER, Jamison M, Talton W, Chen Y, Knorr E, Windfelder A, Narva K & Vilcinskas A. (2025): Targeting the proteasome subunit PSMB5 by RNA interference induces proteasome dysfunction and mortality in the Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata). Sci Rep 15, 41183 (2025). https://www.nature.com/articles/s41598-025-28793-x

Kontakt

Prof. Dr. Andreas Vilcinskas
Institutsteilleitung »Bioressourcen« & Abteilungsleitung »Schad- und Vektorinsektenkontrolle«, Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME Gießen
Institut für Insekten Biotechnologie, Justus-Liebig-Universität Gießen
Telefon +49 641 97219-100
E-Mail: Andreas.vilcinskas@ime.fraunhofer.de
Andreas.Vilcinskas@uni-giessen.de

Forschungsschwerpunkt "Agroökosysteme, mikrobielle Ressourcen und Klimaresilienz"

Im Forschungsschwerpunkt "Agroökosysteme, mikrobielle Ressourcen und Klimaresilienz" stehen Mikroorganismen und Ökosysteme im Zentrum der Forschung zu globalen biogeochemischen Kreisläufen und deren Einfluss auf Klima, Landwirtschaft und Biodiversität. Interdisziplinäre Forschungsteams untersuchen, wie Mikroben CO₂ umwandeln, Ökosysteme resilient machen und innovative Lösungen für Klimawandel und nachhaltige Agrarsysteme liefern, um die Balance zwischen Umwelt, Produktivität und globaler Gesundheit zu fördern.