Lernen Sie die Bakterien kennen, die Olivenhaine und Weinberge verwüsten

Xylella fastidiosa, eines der 20 wichtigsten Pflanzenschädlinge der Europäischen Union, ist ein Bakterium, das eine Vielzahl von Pflanzenkrankheiten verursacht. 

Es verursacht das tödliche Olive Quick Decline Syndrome (OQDS), das in den letzten 15 Jahren zu weitverbreiteten Ausbrüchen in Europa geführt hat und dessen jährliche wirtschaftliche Auswirkungen auf mehr als 5,5 Milliarden Euro geschätzt werden.

Die Herkunft des Bakteriums in Europa und weltweit

Xylella fastidiosa ist eine von nur zwei bekannten Xylella-Arten; die andere ist Xylella taiwanensis, die bei asiatischen Birnen auf der Insel Taiwan Birnenblattflecken verursacht.

X. fastidiosa ist ein aerobes, gramnegatives Bakterium, das im Wasserleitgewebe von Pflanzen (Xylem) wächst und weltweit für zahlreiche Pflanzenkrankheiten verantwortlich ist. 

Die Bakterien können sich über das Xylem frei durch die Pflanzen bewegen und vermehren sich dabei ständig. 

Sobald ihre Zahl ein kritisches Niveau erreicht, blockiert der entstehende Biofilm das Xylem, was zu Wasserstress und Mangelerscheinungen bei Elementen wie Zink und Eisen führt, die viele der Symptome verursachen, die mit den Krankheiten in Verbindung stehen, auf die der Erreger zurückgeführt wird.

Die ersten Berichte über eine solche Krankheit stammen aus dem Jahr 1892, als eine unbekannte Seuche etwa 14.000 Hektar (34.600 Acres) kalifornischer Weinberge vernichtete. 

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Diese „Anaheim-Krankheit“ wurde später nach Newton Pierce, dem Bakteriologen, der zur Untersuchung des Ausbruchs hinzugezogen wurde, als Pierce-Krankheit bezeichnet. 

Pierce vermutete zu Recht, dass ein mikroskopisch kleiner Erreger die Krankheit verursachte, obwohl es ihm nicht gelang, den spezifischen Erreger zu isolieren oder zu identifizieren.

Während es fast das gesamte 20^. Jahrhundert lang als Virus angesehen wurde, wurde X. Fastidiosa erst 1973 als Bakterium erkannt. Erst 1987 wurde das Bakterium von Wells et al. offiziell beschrieben und als Xylella fastidiosa benannt. 

Seitdem wurden 696 Pflanzenarten aus 88 botanischen Familien als geeignete Wirte für den Erreger identifiziert.

Zu den Krankheiten, von denen bekannt ist, dass sie durch Xylella verursacht werden, gehören mehrere von erheblicher landwirtschaftlicher und wirtschaftlicher Bedeutung. Dazu gehören die bereits erwähnte Pierce-Krankheit, die der kalifornischen Weinindustrie derzeit geschätzte jährliche Verluste in Höhe von 104 (92) Millionen Dollar verursacht, sowie die Olivenblattfleckenkrankheit und OQDS.

OQDS führt zum Verwelken und Austrocknen von Olivenblättern, Zweigen und Ästen, wodurch die Bäume keine Früchte mehr tragen können und schließlich zusammenbrechen und absterben.

Prognosemodelle für den schlimmsten Fall zeigen bis 2070 allein in Italien wirtschaftliche Gesamtverluste von bis zu 5,6 Milliarden Euro, und schätzungsweise 100.000 Arbeitsplätze sind aufgrund von Ausbrüchen im Land bereits verloren gegangen.

Aufgrund ihrer zerstörerischen Auswirkungen und ihrer Fähigkeit, sich rasch an neue Umgebungen und Wirte anzupassen, wird Xylella fastidiosa in der EU als Quarantäneorganismus reguliert. Seine Einschleppung in das Gebiet der Union und seine Verbreitung innerhalb dieses Gebiets sind gesetzlich verboten.

Wie sich Xylella ausbreitet und wo sie derzeit vorkommt

Xylella fastidiosa stammt ursprünglich aus Mittelamerika und wird zwischen Wirtspflanzen durch xylemfressende Insekten aus den Familien der Cicadellidae (Zikaden) und Cercopidae (Spuckwanzen und Laubheuschrecken) übertragen. 

Solche Insekten sind nur zu rudimentären Flügen über kurze Entfernungen (etwa 100 Meter) fähig, es wurde jedoch beobachtet, dass sie viel größere Entfernungen zurücklegen, wenn sie vom Wind verweht werden. Es wurde auch nachgewiesen, dass eine Übertragung der Bakterien unterirdisch über Wurzelveredelungen stattfindet.

Die Ausbreitung über große Entfernungen erfolgt meist durch den Transport infizierter Pflanzen. Es wird angenommen, dass der Erreger auf diese Weise nach Italien und in andere europäische Länder eingeschleppt wurde.

Im Oktober 2013 wurde festgestellt, dass Xylella fastidiosa Olivenbäume in der Region Apulien in Süditalien befallen hatte. 

Dies war das erste Mal, dass das Bakterium innerhalb der Europäischen Union gemeldet wurde. Die Krankheit führte zu einem raschen Rückgang der Erträge in den Olivenhainen, und bis April 2015 war die gesamte Provinz Lecce sowie weitere Gebiete Apuliens betroffen.

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Die in Italien betroffene Unterart wurde als X. fastidiosa subsp. pauca identifiziert, ein Stamm, der eine ausgeprägte Vorliebe für Olivenbäume und warmes Klima zeigt. Diese Unterart wurde aufgrund ihres verheerenden Potenzials inzwischen in den Vereinigten Staaten unter das Gesetz zum Schutz vor Bioterrorismus in der Landwirtschaft (Agricultural Bioterrorism Protection Act) aufgenommen.

Als Reaktion auf die Ausbrüche in Italien berief die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) im November 2015 einen außerordentlichen wissenschaftlichen Workshop ein. 

Mehr als 100 Wissenschaftler aus aller Welt nahmen an der Veranstaltung teil, um wesentliche Wissenslücken zu identifizieren und Forschungsschwerpunkte in Bezug auf den Erreger zu erörtern. 

Im selben Monat kam die EFSA aufgrund laufender Experimente in Apulien zu dem Schluss, dass Weinreben ein mögliches Reservoir für Xylella in der Region darstellen.

Bis Oktober 2015 hatte der Erreger die Region Provence-Alpes-Côte d’Azur auf dem französischen Festland erreicht, wo festgestellt wurde, dass die Unterart X. fastidiosa subsp. multiplex die aus Südafrika eingeführte Pflanzenart Myrtenblättriges Milchkraut befallen hatte. 

Im folgenden Jahr wurde das Bakterium auf Korsika und in Deutschland identifiziert. Im Jahr 2017 wurde es auf den spanischen Inseln Mallorca und Ibiza nachgewiesen und anschließend auch auf dem spanischen Festland.

Seitdem wurde Xylella in Olivenbäumen und anderen Wirtspflanzen auf der gesamten Iberischen Halbinsel sowie im Libanon und in Israel im Nahen Osten nachgewiesen.

Die Rolle des Klimawandels bei der Ausbreitung von Xylella

Umfangreiche Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der Klimawandel das Risiko von Pflanzenkrankheitsausbrüchen erhöht, wobei Veränderungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit die Hauptursachen sind.

Mit dem Anstieg der globalen Temperaturen erweitert sich das geografische Verbreitungsgebiet vieler Krankheitserreger, wodurch neue Regionen und Pflanzenarten Krankheiten ausgesetzt werden, die zuvor auf wärmere Klimazonen beschränkt waren. 

Höhere Temperaturen begünstigen im Allgemeinen die Vermehrung und Ausbreitung von Pilz- und Bakterienarten, insbesondere in Verbindung mit erhöhter Luftfeuchtigkeit. 

Zudem verlängern höhere Mindesttemperaturen die saisonale Aktivitätsperiode von Organismen und erhöhen deren Fähigkeit, den Winter zu überstehen und in der Umwelt zu überdauern. Dies gilt nicht nur für Krankheitserreger, sondern auch für deren Überträger.

Höhere Temperaturen begünstigen nicht nur viele Krankheitserreger, sondern können auch die natürlichen Abwehrmechanismen einer Pflanze durch Prozesse wie Hitze- und Wasserstress schwächen, wodurch sie anfälliger für Infektionen werden und mit größerer Wahrscheinlichkeit schwerere Schäden und höhere Sterblichkeitsraten erleiden.

Speziell in Bezug auf Xylella fastidiosa wurde in einer aktuellenklimabedingtes epidemiologisches Modell die Anfälligkeit europäischer Gebiete für die Krankheit in verschiedenen Klimawandelszenarien analysiert, indem es die klimatischen Bedingungen bewertete, die sowohl vom Erreger als auch von dessen Hauptvektor, Philaenus spumarius, auch bekannt als Wiesen-Zikade oder Wiesen-Spuckwanze, begünstigt werden. Dieses Insekt wurde zuvor als der Vektor identifiziert, der für die Ausbreitung des Bakteriums in italienischen Olivenhainen verantwortlich ist.

Die Studie ergab, dass ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 1,5 °C den Anteil der gefährdeten Gesamtfläche in Europa auf 0,32 Prozent erhöht, während ein Anstieg um 4 °C die Fläche auf 1,87 Prozent erhöht. 

Innerhalb des analysierten Temperaturanstiegsbereichs wurde ein Wendepunkt bei einem Anstieg von 3 °C identifiziert. Jenseits dieser Schwelle stellten die Forscher fest, dass das Risiko einer Ausbreitung des Erregers nördlich des Mittelmeerraums deutlich steigt, wodurch er sich rasch in zuvor nicht betroffene Gebiete ausbreiten kann.

Die Autoren stellen zudem fest, dass die klimatischen Bedingungen in Europa vor Mitte der 1990er Jahre – mit Ausnahme der Mittelmeerinseln – höchstwahrscheinlich verhindert haben, dass sich das Bakterium auf dem Kontinent etablieren konnte.

Maßnahmen zur Bekämpfung von Xylella fastidiosa

Da es keine bekannte Heilung für befallene Pflanzen gibt, konzentrieren sich die aktuellen Bekämpfungsmaßnahmen auf Prävention und Eindämmung. 

Die gängigste und wirksamste Strategie erfordert sowohl die umfassende Entfernung von infiziertem Pflanzenmaterial, das als Reservoir für das Bakterium dienen kann, als auch die Bekämpfung der Populationen von Insektenvektoren.

Zusätzlich zur vollständigen Beseitigung von bekanntermaßen infiziertem Pflanzenmaterial empfiehlt die EFSA die Einrichtung einer „Pufferzone“ von mindestens 100 Metern, aus der ebenfalls alle anfälligen Pflanzenarten entfernt und vernichtet werden.

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Aufgrund der Aggressivität des Erregers empfehlen Experten, bei der Entfernung und dem Transport von organischem Material während dieses Prozesses Schutzmaßnahmen zu ergreifen.

Der Prozess der Bekämpfung von Insektenvektoren ist ähnlich aufwendig und erfordert nicht nur die Beseitigung der Organismen selbst, sondern auch ihrer Lebensräume. 

Dies ist aufgrund der Vielfräßigkeit und der mehrstufigen Lebenszyklen solcher Insekten notwendig. Philaenus spumarius beispielsweise ernährt sich bekanntermaßen von mindestens 170 Wirtspflanzen und durchläuft nach dem Schlüpfen fünf separate Entwicklungsstadien.

Behandlung und Forschung zu Xylella fastidiosa

Kombinationen aus Änderungen der Anbau­me­tho­den, bakteriziden Behandlungen und Maßnahmen zur Verbesserung des physiologischen Zustands des Wirts haben sich als vielversprechend erwiesen, um die Krankheitsentwicklung zu beeinflussen, sogar bis hin zur Wiederaufnahme der Ernte. Bislang hat sich jedoch keine dieser Maßnahmen als erfolgreich bei der Ausrottung des Erregers in einer infizierten Pflanze erwiesen.

Die Forschung zu Behandlungsmethoden wird durch den Quarantänestatus von Xylella stark eingeschränkt, insbesondere innerhalb der EU. Zu den weiteren EU-Beschränkungen gehört das Verbot des Einsatzes von Antibiotika im Pflanzenschutz. Die Forschungsschwerpunkte variieren daher von einer geografischen Region zur anderen.

In den Vereinigten Staaten, wo der Einsatz von Antibiotika bei Pflanzen zugelassen ist, liegen Informationen aus Versuchen mit Antibiotika wie Oxytetracyclin, Tetracyclin und Streptomycin bei der Blattbehandlung der Pierce-Krankheit sowie zur Mikroinjektion von Oxytetracyclin bei der Behandlung von Xylella-induziertem Blattverbrennungssyndrom bei der Amerikanischen Ulme. 

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Obwohl solche Versuche eine Remission der Symptome gezeigt haben, ist es bei keinem gelungen, die Infektion zu beseitigen, und die Symptome kehrten nach Beendigung der Behandlung zurück.

Eine wichtige Initiative in Europa ist das Biovexo-Projekt, eine Innovationsmaßnahme des Gemeinsamen Unternehmens für biobasierte Industrien (BBI-JU), die 2020 im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union ins Leben gerufen wurde.

BIOVEXO zielt speziell auf die Bekämpfung von Xylella im Olivenanbau ab und entwickelt zwei Hauptklassen umweltfreundlicher Biopestizide: „X-Biopestizide“, die direkt auf den Erreger abzielen, und „V-Biopestizide“, die gegen die Spuckwanzen gerichtet sind, die als primäre Übertragungsvektoren des Erregers fungieren. 

Die getesteten Wirkstoffe sind Bakterienstämme, ein mikrobieller Metabolit, Pflanzenextrakte und ein entomopathogener Pilz.

In einem neuartigen Ansatz befasst sich die aktuelle Forschung in Brasilien mit N-Acetylcystein, einem gängigen mukolytischen Medikament, das zur Behandlung von Paracetamol-Überdosierungen und zur Verflüssigung von zähem Schleim bei menschlichen Erkrankungen wie Lungenentzündung und Bronchitis eingesetzt wird. 

Obwohl die dafür verantwortlichen Mechanismen noch nicht vollständig geklärt sind, haben erste Ergebnisse die Wirksamkeit des Medikaments bei der Zerstörung bakterieller Biofilme gezeigt, wenn es durch Bewässerung auf Hydrokultur- oder Feldpflanzen angewendet wird.

Angesichts der Rolle, die Biofilme beim Schutz von Bakterien vor antimikrobiellen Behandlungen spielen und die letztendlich zu bakterieller Resistenz führt, könnte dieser Forschungsbereich an Bedeutung gewinnen, da der Abbau der schützenden Biofilm-Matrix die Wirksamkeit von Behandlungen, die direkt auf das Xylella-Bakterium abzielen, erheblich steigern könnte.

Bis ein Mittel gefunden ist, um den Erreger im gesamten Wirt präzise und systematisch abzutöten – was, wie diese Forschung nahelegt, eines Tages möglich sein könnte –, werden Quarantäne und die Vernichtung infizierter Pflanzen wahrscheinlich die mit Abstand wirksamste Bekämpfungsmethode bleiben.

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