Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Eine neue Ära im Pflanzenschutz: Wie das erste RNAi-Spray auf dem Markt gegen Kartoffelkäfer wirkt
Der Klimawandel und die intensive Landwirtschaft begünstigen die Ausbreitung von Schadinsekten. Gleichzeitig geraten herkömmliche Insektizide aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsrisiken sowie zunehmender Resistenzen unter Druck. Mit Calantha® (Wirkstoff: Ledprona) hat GreenLight Biosciences 2023 in den USA die Zulassung für das weltweit erste RNAi-Spray erhalten. Eine aktuelle Studie von GreenLight Biosciences, dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME (Abteilung Bioressourcen) und der Justus-Liebig-Universität Gießen erläutert den Wirkmechanismus. Das Spray schaltet gezielt ein lebenswichtiges Gen im Kartoffelkäfer aus und löst darüber hinaus einen bisher nicht beschriebenen sekundären Effekt aus, der zu einer tödlichen Anreicherung von Proteinen im Körper des Insekts führt. Die Studie belegt die Spezifität der dsRNA und identifiziert die durch die Herunterregulierung verursachte nachfolgende Proteasom-Fehlfunktion als Wirkmechanismus von Ledprona.
Die wichtigsten Fakten im Überblick:
- Technologie: Die RNA-Interferenz (RNAi) nutzt doppelsträngige RNA (dsRNA), um gezielt die Bildung ausgewählter Proteine in Schadinsekten zu hemmen. Andrew Fire und Craig Mello erhielten 2006 für die Entdeckung dieses Mechanismus den Nobelpreis für Physiologie und Medizin.
- Produkt: Calantha® (Ledprona) ist ein dsRNA-Spray, das kürzlich in den USA zugelassen wurde und gegen Larven des Kartoffelkäfers (Leptinotarsa decemlineata) wirkt, einem weltweit bedeutenden Schädling im Kartoffelanbau.
- Wirkweise: Die dsRNA zielt auf das Gen für die Proteasom-Untereinheit Beta-Typ 5 (PSMB5) ab. Durch seine Hemmung wird der Aufbau des zellulären Proteinrecyclingsystems (26S-Proteasom) gestört, was zu einer Anhäufung beschädigter Proteine führt, die letztendlich zum Tod der Larven führt.
- Spezifität und Umwelt: Die dsRNA ist so konzipiert, dass ihre Sequenz spezifisch nur auf den Zielorganismus des Insekts abzielt; weitere Vorteile sind, dass die dsRNA biologisch abbaubar ist und keine toxischen Pestizidrückstände hinterlässt.
So funktioniert RNAi in der Praxis:
RNAi-Sprays werden ähnlich wie herkömmliche Pestizide auf Nutzpflanzen ausgebracht. Wenn ein Schädling von den behandelten Blättern frisst, nimmt er die dsRNA auf. Diese schaltet gezielt die Aktivität zuvor ausgewählter Gene in den Zellen des Insekts aus, die für dessen Überleben unerlässlich sind. Ledprona hemmt die Synthese der katalytischen Proteasom-Untereinheit PSMB5 im Kartoffelkäfer. Dadurch wird der korrekte Proteasom-Aufbau und das zelleigene Proteinrecycling verhindert, was ein wesentlicher Grund für das Absterben der Larven ist. Die Plattform von GreenLight Biosciences ermöglicht die kostengünstige biochemische Herstellung 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 anderen EU-Ländern bestätigen Feldstudien mit Calantha® dessen Wirksamkeit gegen die Larven des Kartoffelkäfers. Damit Landwirte jedoch von solchen hochgradig zielgerichteten, umweltfreundlichen Optionen profitieren können, ist ein geeigneter Zulassungsweg für RNAi-Sprays in der EU erforderlich. In der Abteilung Bioressourcen des Fraunhofer IME werden derzeit RNA-Sprays gegen Blattläuse sowie gegen die Schilf-Glasflügelzikade (Pentastiridius leporinus), einen neuen wichtigen Schädling im Zuckerrübenanbau, entwickelt. Diese Arbeit wird teilweise durch das EU-Horizont-Projekt NextGenBioPest finanziert. Ein entscheidender Faktor für eine wirksame RNAi bei diesen Arten ist die Formulierung, die auf jeden Schädling zugeschnitten sein muss und zudem biologisch abbaubar und ungiftig sein muss.
Publikation:
Graser L, Gordon ER, Jamison M, Talton W, Chen Y, Knorr E, Windfelder A, Narva K & Vilcinskas A.
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
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