Ein Besuch im Labor: Nachwuchstudenten erforschen das Innere von Pflanzen – und entdecken Pflanzenviren. Foto: Lichtgut/Julian Rettig

Christina Wege von der Uni Stuttgart untersucht, wie man mit pflanzlichen Erregern auch Gutes tun kann: In der Medizin etwa können die winzigen Strukturen in der Diagnose und bei der Therapie eingesetzt werden.

Stuttgart - Sie sind überall: Pflanzenviren. Wir essen sie mit im Obst, Gemüse oder Ketchup, sie sind in so manchem Blumenstrauß im Wohnzimmer und fast jedem Garten, auf Wiesen und Feldern. Man kann sie nicht sehen, sie schaden weder Mensch noch Tier, daher bleiben sie oft völlig unbemerkt. Nicht so am Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme der Uni Stuttgart. Für Christina Wege stehen die Winzlinge im Zentrum ihres Forschungsalltags. Seit vielen Jahren untersucht sie Pflanzenviren. Sie leitet dabei eine von wenigen Forschungsgruppen in Deutschland, auch europa- und weltweit interessieren sich nicht sehr viele Wissenschaftler für die winzigen Strukturen.

„In Deutschland gibt es noch eine Handvoll weiterer Arbeitsgruppen, die sich genauer damit beschäftigen – mehr nicht“, sagt sie. Das liegt ihrer Meinung nach daran, dass die Pflanzenviren in hiesigen Breitengraden meist nur geringen Schaden anrichten und damit keine existenziellen Probleme in der Landwirtschaft verursachen. Daher liege der Schwerpunkt der molekularbiologischen Pflanzenforschung bei anderen Themen. Doch in den wärmeren Regionen dieser Erde ist die Situation eine ganz andere: In den tropischen Gebieten in Asien und Afrika beispielsweise gehört Maniok für eine halbe Milliarde Menschen zum Grundnahrungsmittel. Doch die Knollen dieser Pflanze sind bedroht von Viren, die beispielsweise die sogenannte Mosaikkrankheit verursachen. Das Tückische daran: Man sieht die Erkrankung erst, wenn es zu spät ist und schon die gesamte Pflanze befallen ist. Dann ist der Schaden groß.

Pflanzenviren könnten in der Medizin Krankheitserreger erkennen

Pflanzenviren werden meist von Insekten, Pilzen oder Würmern übertragen. Innerhalb der Pflanze werden die Viren von Zelle zu Zelle weitergegeben. Sie befallen alle Teile der Pflanze, und es gibt keine wirksamen Mittel dagegen. Es hilft nur, die befallenen Pflanzen großflächig zu entfernen, um die Nachbarpflanzen zu schützen. „Die Viren haben viele Tricks, sich in den Pflanzen zu vermehren“, erklärt Christina Wege. Wie sie dies machen, wie sie aussehen und sich in der Pflanze ausbreiten, untersucht die 53-jährige Biologin. Und mittlerweile sind die Viren der Pflanzen nicht mehr nur für Pflanzenforschung interessant, sondern auch für viele andere Bereiche – für die Medizin ebenso wie die Materialforschung, die Chemie oder das Ingenieurwesen.

„Pflanzenviren sind sehr stabil. Sie bestehen aus Tausenden kleiner Untereinheiten, die bei vielen Viren gleich geformt sind. Sie haben die unterschiedlichsten Formen. Es sind Kapseln, Röhren oder fadenförmige Strukturen“, erklärt Wege. Eines der bekanntesten Viren sei das Tabakmosaikvirus (TMV), das in fast jeder Zigarette mitgeraucht werde – und im Labor der Wissenschaftler gewissermaßen das Haustier ist, an dem vieles untersucht werden kann. TMV ist eine lange steife Röhre, im Innern verbirgt sich die Erbsubstanz. Die Röhre ist etwa 300 Nanometer lang – ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Die Hüllproteine dieser winzigen Röhre können verändert werden. So können mit Viren „Nanodrähte“ aus Kupfer, Nickel, Kobalt oder Legierungen hergestellt werden. Diese könnten bei der Entwicklung von Nanoprozessoren und Batterien eingesetzt werden.

Auch in der Medizin könnten Pflanzenviren wichtige Dienste leisten. Denn an die vielen, gleichmäßig geformten Untereinheiten der Hülle können etwa Antikörper angebracht werden. Antikörper erkennen Strukturen auf Zelloberflächen des Körpers oder von Krankheitserregern. So präparierte Viren könnten einerseits in der Diagnostik Krankheitsstrukturen erkennen, andererseits Medikamente direkt zum Krankheitsherd transportieren – oder beides in einem: etwa Krebszellen finden und diese mit einem angekoppelten Medikament bekämpfen. Vielversprechende Anwendungsversuche liefen in mehreren Ländern im Bereich der Grundlagenforschung, sagt Wege. Sie macht den medizinischen Einsatz an einem weiteren Beispiel deutlich: Bei der Arteriosklerose kommt es zur Verengung von Arterien im Körper durch Ablagerungen – das Blut fließt nicht mehr richtig, ein Herzinfarkt droht. Winzige Pflanzenviren, die für den Menschen völlig ungefährlich sind, könnten mit dem Blut zu diesen verstopfenden Plaques fließen und diese auflösen helfen.

Virusbausteine lassen sich in Hydrogele als Trägermaterial einbringen

Um neue Anwendungen aus den verschiedenen Forschungsbereichen der Uni Stuttgart zusammenzubringen, hat Christina Wege vor einigen Jahren mit Kollegen das sogenannte Projekthaus NanoBioMater ins Leben gerufen – gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung und der Uni. In diesem interdisziplinären „Projekthaus“ mit Chemikern, Physikern, Bio- und Ingenieurwissenschaftlern sowie Fachleuten aus den Materialwissenschaften spielen sogenannte Hydrogele eine große Rolle – „das ist nichts anderes als eine Götterspeise“, sagt Christina Wege.

In Hydrogele als Trägermaterial lassen sich Virusbausteine einbringen. Normalerweise enthalten die Gele viel Wasser, doch es ist gelungen, sie zu trocken. Am Einsatzort kann man sie wieder wässern und funktionsfähig machen. Derartige Gele könnten nun in verschiedenen Bereichen nützlich sein, etwa als Material zum Züchten von Implantaten oder als chemischer Sensor beim Auffinden von Verunreinigungen im Wasser oder in Lebensmitteln. Gekoppelt mit gleich mehreren Sensorstrukturen würde dies zum intelligenten Material und könnte mehrere Substanzen gleichzeitig nachweisen. „Die Bandbreite dieser Hydrogele ist immens“, meint Wege und freut sich, dass die Zusammenarbeit so vieler verschiedener Fachbereiche derart fruchtbar war und ist.

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