Pollenbakterien schützen Honigbienen und Nutzpflanzen

Seit Jahren weisen Imker und Landwirte auf das schleichende Sterben der Honigbienen hin. Pestizide, Krankheiten und Parasiten gehören zu einer langen Reihe von Risiken. Eine Forschungsarbeit aus den USA legt nun nahe, dass im Pollen selbst ein bisher kaum beachteter Verbündeter steckt, der Bienen ebenso wie Nutzpflanzen schützen kann.

Wenn die Biene kippt, wackelt die Ernte

Honigbienen übernehmen die Bestäubung eines großen Anteils der weltweiten Nutzpflanzen. Ohne ihre Arbeit würden zahlreiche Obst- und Gemüsearten wesentlich geringere Erträge liefern. Zugleich stehen die Bienenvölker unter zunehmendem Druck: Mehr als 30 unterschiedliche Krankheitserreger finden sich im und rund um den Bienenstock – darunter Viren, Bakterien, Pilze und Parasiten.

Gegen einen Teil dieser Erreger greifen Imker bislang vor allem zu Antibiotika. Allerdings lässt deren Wirksamkeit nach, sie können die Darmflora der Tiere beeinträchtigen und Rückstände in Wachs sowie Honig hinterlassen. In einigen Ländern sind Resistenzen bereits umfassend belegt. Bei der Suche nach Alternativen rückt jetzt ein Bereich in den Mittelpunkt, in dem bislang kaum jemand Lösungen vermutet hat: Pollen.

Forscher zeigen: Pollen ist nicht nur Futter für Bienen, sondern auch eine Art mikrobielles Arzneiregal.

Ein Forschungsteam des Washington College und der Universität Wisconsin-Madison analysierte dazu Pollen aus natürlichen Standorten sowie Pollen aus Bienenstöcken. Dabei entdeckten die Wissenschaftler eine unerwartet große bakterielle Vielfalt, einschließlich zahlreicher Arten, die krankheitserregende Keime aktiv bekämpfen.

Bakterien im Pollen: Unsichtbares Netzwerk im Bienenstock

Honigbienen legen große Pollenvorräte an. Dieser dient sowohl Larven als auch erwachsenen Arbeiterinnen als wichtigste Proteinquelle. Was zunächst wie ein gewöhnlicher Nahrungsspeicher wirkt, erwies sich in der Untersuchung als vielschichtiges Mikro-Ökosystem.

Aus Blütenpollen und bereits im Stock gelagertem Pollen isolierte das Team 34 Stämme sogenannter Actinobakterien. Etwa 72 Prozent dieser Stämme wurden der Gattung Streptomyces zugeordnet, einem Bakterientyp, der in der Antibiotikaforschung seit Langem bekannt ist. Viele Arzneimittel der Humanmedizin gehen ursprünglich auf genau diese Mikroben zurück.

Bemerkenswert war, dass dieselben Bakterien auf Blüten, auf sammelnden Bienen und später im Bienenstock nachgewiesen wurden. Offenbar transportieren die Tiere die Mikroben während ihrer Sammelflüge und integrieren sie unbeabsichtigt in ihren Alltag.

Je vielfältiger die Pflanzenwelt um den Bienenstock, desto bunter scheint auch das unsichtbare Bakterien-Sortiment im Pollen zu werden.

In Gebieten mit vielen unterschiedlichen Blühpflanzen fanden die Forscher deutlich mehr verschiedene Mikroben. Monokulturen führen dagegen nicht nur zu einem Verlust an Nektar- und Pollenquellen, sondern auch zu einem ärmeren „mikrobiellen Werkzeugkasten“. Für die Krankheitsresistenz eines Bienenvolks könnte die Zusammensetzung dieses Pollenmikrobioms daher von zentraler Bedeutung sein.

Natürliche Antibiotika gegen Bienen- und Pflanzenkrankheiten

Anschließend untersuchte das Team, ob die gewonnenen Bakterienstämme Krankheitserreger tatsächlich hemmen können. In Laborversuchen ließen sie die Pollenisolate mit sechs problematischen Keimen konkurrieren: Drei davon befallen vor allem Bienen, drei weitere schädigen Nutzpflanzen.

Im Fokus standen unter anderem:

• Aspergillus niger – ein Pilz, der bei Bienen die sogenannte „Steinbrut“ auslöst
• Paenibacillus larvae – Erreger der gefürchteten Amerikanischen Faulbrut
• Serratia marcescens – ein Bakterium, das die Bienenimmunität schwächen kann
• Erwinia amylovora – Auslöser von Feuerbrand bei Obstbäumen
• Pseudomonas syringae – verursacht Blattflecken und Triebschäden bei vielen Nutzpflanzen
• Ralstonia solanacearum – verantwortlich für Welkekrankheiten, etwa bei Tomaten und Kartoffeln

Beinahe alle getesteten Streptomyces-Stämme bremsten das Wachstum von Aspergillus niger deutlich. Das ist bedeutsam, weil sich Steinbrut im Stock über längere Zeit unbemerkt ausbreiten kann. Befallene Larven verhärten und erinnern tatsächlich an kleine Steine, was der Krankheit ihren Namen gegeben hat.

Gegen den Erreger der Amerikanischen Faulbrut zeigten mehrere Stämme ebenfalls eine mittlere bis starke Wirkung. Unter Imkern zählt diese Erkrankung zu den schwerwiegendsten Gefahren: Sie ist hoch ansteckend, endet meist mit dem Verlust des Volkes und erfordert aufwendige Sanierungsmaßnahmen.

Auch für die Landwirtschaft sind die Ergebnisse interessant: Dieselben Pollenbakterien verlangsamten Feuerbrand, Welkekrankheiten und Wurzelfäulen. Diese Erreger können erhebliche Ernteverluste verursachen. Pollen erscheint damit als potenzielle Quelle für neue Pflanzenschutzmittel.

Chemische Waffenkammer im Mikroformat

Die Bakterien bilden ein breites Spektrum biologisch aktiver Substanzen. Die Wissenschaftler wiesen mehrere bekannte Wirkstoffgruppen nach:

• PoTeMs – polycyclische Makrolactame mit starker antimikrobieller Wirkung
• Surugamide – zyklische Peptide mit breitem Wirkspektrum
• Lobophorine – Verbindungen, die vor allem gegen Bakterien aktiv sind
• Siderophore – Moleküle, die Eisen binden und so Krankheitserregern das Überleben erschweren

Viele dieser Stoffe gelten als vergleichsweise stabil und wenig giftig für Nicht-Zielorganismen. Gerade diese Eigenschaften sind bei biologischen Pflanzenschutzmitteln und alternativen Behandlungsansätzen gefragt.

Die Bakterien im Pollen verhalten sich wie winzige Apotheken, die ihre Arznei direkt im Bienenbrot freisetzen.

Wie Pflanzen, Mikroben und Bienen ein Team bilden

Doch woher stammen diese nützlichen Mikroben? Die genetische Analyse deutet darauf hin, dass es sich nicht um zufällig eingetragene Schmutzkeime handelt, sondern um sogenannte endophytische Bakterien. Diese leben im Inneren von Pflanzen, häufig ohne ihnen zu schaden – im günstigsten Fall sogar zum beiderseitigen Vorteil.

In den Genomen der untersuchten Stämme identifizierten die Forschenden typische Merkmale dieser Lebensweise: Enzyme zum Anritzen pflanzlicher Zellwände, Gene für Pflanzenhormone wie Auxine und Cytokinine sowie Siderophore zur Eisenbindung. Dadurch können sich die Bakterien in Blättern, Stängeln und Blüten ansiedeln.

Sobald eine Pflanze Blüten ausbildet, gelangen die Endophyten ebenfalls in den Pollen. Beim Sammeln nehmen Honigbienen sie automatisch auf und bringen sie in die Waben. Im dort gelagerten Pollen vermehren sich die Mikroben und bilden weiterhin antimikrobielle Stoffe.

So entsteht ein dreifaches Netzwerk:

• Die Pflanze stellt den Endophyten Lebensraum und Nährstoffe bereit.
• Die Bakterien bewahren die Pflanze vor pathogenen Keimen im Boden und auf ihren Oberflächen.
• Die Bienen verwenden den mikrobenreichen Pollen als Nahrung und als Schutzschild gegen eigene Krankheitserreger.

Wie leistungsfähig dieses Netzwerk ist, hängt stark von der Blütenvielfalt in der Umgebung ab. Eine artenreiche Wiese bietet nicht nur zahlreiche Pollenarten, sondern auch unterschiedliche nützliche Bakterienstämme. Ein großes Maisfeld hingegen liefert meist nur einen sehr begrenzten Mikrokosmos.

Neue Strategien für eine nachhaltige Imkerei

In zahlreichen Ländern verwenden Imker gegenwärtig vor allem zwei Antibiotika: Oxytetracyclin und Tylosin. Beide Wirkstoffe können die Darmflora der Bienen beeinflussen und Rückstände im Bienenwachs hinterlassen. Zudem häufen sich Hinweise darauf, dass Erreger wie Paenibacillus larvae weniger empfindlich werden.

Die Studie eröffnet einen anderen möglichen Weg: Anstatt Bakterien zu bekämpfen, könnten gezielt nützliche Mikroben in den Bienenstock eingebracht werden. Ausgewählte Streptomyces-Stämme ließen sich etwa mithilfe speziell behandelter Pollen oder Futterteige in ein Volk einführen.

Mögliche Vorteile einer solchen Strategie:

• geringeres Risiko für Resistenzen, weil ganze Stoffgemische wirken
• weniger Rückstände in Honig und Wachs
• Stabilisierung des natürlichen Mikrobioms der Bienen
• gleichzeitiger Schutz des umliegenden Pflanzenbestands

Statt den Stock mit Medikamenten zu fluten, ließe sich die mikrobielle Abwehr im Volk selbst stärken.

Bis ein solcher Ansatz praktisch eingesetzt werden kann, braucht es jedoch weitere Tests – unter Feldbedingungen, über mehrere Jahre hinweg und bei unterschiedlichen Klimabedingungen. Die Richtung ist dennoch klar: Bakterien, die ohnehin natürlich im Pollen vorkommen, könnten ein wichtiger Bestandteil eines schonenderen Imkerei-Managements werden.

Was das für Landwirtschaft und Gärten bedeutet

Viele Hobbygärtner nutzen bereits Präparate mit hilfreichen Pilzen oder Bakterien, welche die Pflanzenwurzeln stärken sollen. Die nun untersuchten Pollenbakterien könnten zur nächsten Generation solcher Mittel beitragen, die sich auf Blüten, Blätter und oberirdische Pflanzenteile konzentriert.

Vorstellbar sind beispielsweise Spritzlösungen oder Saatgutbehandlungen mit ausgewählten Streptomyces-Stämmen, um Feuerbrand oder Wurzelfäulen einzudämmen. Im besten Fall arbeiten Landwirte und Imker dabei zusammen: Blühstreifen und vielfältige Kulturen erweitern sowohl das Nützlingsspektrum auf den Feldern als auch den mikrobiellen Schutz in den Bienenstöcken.

Auch in Privatgärten lässt sich bereits heute einiges tun, um dieses unsichtbare Netzwerk zu unterstützen:

• möglichst viele heimische Blühpflanzen mischen
• nicht jede „wilde Ecke“ sauber wegräumen
• auf Breitband-Fungizide im Garten weitgehend verzichten
• Imker in der Region mit standortnaher Bienenhaltung unterstützen

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Was bedeutet „endophytisch“?

Endophytische Mikroben leben innerhalb von Pflanzen, oft im Raum zwischen den Zellen. Viele schaden ihrer Wirtspflanze nicht; einige verbessern die Nährstoffaufnahme oder erhöhen die Widerstandskraft gegenüber Trockenstress und Krankheitserregern. Sie lassen sich als „Mitbewohner“ der Pflanze verstehen, die unauffällig zu ihrer Stabilität beitragen.

Was sind Siderophore und warum sind sie so nützlich?

Siderophore sind kleine Moleküle mit einer äußerst starken Bindungskraft für Eisen. Bakterien nutzen sie, um dieses knappe Spurenelement aus ihrer Umgebung zu „angeln“. Beim Wettbewerb um Eisen geraten Krankheitserreger dadurch ins Hintertreffen. Siderophore wirken somit indirekt als Schutzschild für Pflanze und Biene, weil sie schädlichen Konkurrenten wichtige Ressourcen entziehen.

Die Studie verdeutlicht letztlich, wie eng Pflanzen, Bienen und Mikroben miteinander verbunden sind. Wer Honigbienen schützen möchte, sollte deshalb nicht allein über Varroa-Milben und Spritzmittel sprechen, sondern ebenso über Blütenvielfalt, Bodenleben und die unsichtbaren Helfer im Pollen. In diesem Geflecht könnten besonders stabile Antworten auf viele gegenwärtige Probleme der Landwirtschaft liegen.