So wie Menschen sind auch Pflanzen von Millionen von Bakterien, Viren und Pilzen umgeben – in der Luft und vor allem im Boden, in dem sie wachsen. Ständig müssen Blumen, Bäume und landwirtschaftliche Nutzpflanzen zwischen Selbst, Freund und Feind unterscheiden. «Dabei können sie auf ein sehr erfolgreiches Immunsystem zählen», sagt Cyril Zipfel, Professor am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich: «Wenn wir die Natur um uns herum anschauen, ist die Mehrheit der Pflanzen gesund, Krankheit ist die Ausnahme.»

Zipfel gehört zu den Pionieren, wenn es darum geht, zu verstehen, was in Pflanzen abläuft, wenn sie sich gegen Pathogene wehren. Und das ist so einiges. Pflanzen haben zwar kein Nerven-, Blutund Lymphsystem und auch keine spezialisierten Immunzellen. Sie kompensieren das durch eine andersartige Abwehr, die ebenfalls sowohl lokal als auch systemisch geschieht. Ein adaptives Immunsystem wie Säugetiere kennen Pflanzen nicht, wohl aber wie viele andere Vielzeller ein angeborenes Immunsystem.

Dieses funktioniert bei Pflanzen zweistufig. Erstens sind Pflanzen Meister darin, Pathogene zu erkennen. Statt spezialisierter Immunzellen sind dazu alle Zellen der Pflanze imstande: An ihrer Oberfläche besitzen sie Rezeptoren, die typische Molekülmuster von Pathogenen erkennen. Diese erste Verteidigungslinie – pattern-triggered immunity (PTI) – löst bereits eine Kaskade der Abwehr aus: Die Expression von Abwehrgenen wird angekurbelt – wodurch antimikrobiale Substanzen und Hormonen produziert werden, um Pathogene abzutöten und die Immunreaktion zu verstärken. Zudem härtet die Pflanze ihre Zellwände, damit Feinde weniger gut eindringen können.

Konstantes Wettrüsten
Bisweilen gelingt es Pathogenen, die erste Verteidigung zu blockieren. Pflanzen haben für diesen Fall eine zweite Verteidigungslinie namens «effector-triggered immunity » (ETI) entwickelt. Diesmal kommen nicht Rezeptoren auf der Oberfläche, sondern im Innern der Pflanzenzelle zum Einsatz. Jetzt wird die Abwehr weiter hochgefahren. Ausserdem lässt die bedrohte Pflanze wenn nötig Teile von sich absterben, damit Pathogene sich nicht ausbreiten können. Die Kommunikation über den Feind findet dabei über die ganze Pflanze hinweg statt: Zellen informieren Nachbarzellen und – vor allem bei einem Insektenangriff – über Signalstoffe sogar Nachbarpflanzen über die Gefahr, sodass diese ihre Abwehr aktivieren können.

«Es findet eine konstante Koevolution zwischen Pathogenen und Pflanzen statt – ein richtiges Wettrüsten», sagt Zipfel. Allerdings müssen Pflanzen wie wir Menschen dabei ihr Immunsystem im Schach halten, sonst drohen autoimmune Prozesse. Bei der Pflanze sind das nicht Autoimmunkrankheiten, sondern ein vermindertes Wachstum: Ist das Immunsystem zu stark aktiv, verbraucht das Energie, die für das Wachstum fehlt.

Damit enden die Gemeinsamkeiten zwischen Mensch und Pflanzen noch nicht. So verfügen auch Pflanzen über ein Mikrobiom auf ihrer Oberfläche – dessen Bedeutung gerade wie beim Menschen erforscht wird. Und statt nur Schädlinge zu bekämpfen, versucht man auch in der Pflanzenzucht stattdessen vermehrt die Abwehr zu stärken – eine Art Immuntherapie. Dazu nutzt man unter anderem Bakterien und Pilze, die der Pflanze nicht schaden, aber ihr Immunsystem anregen. Umgekehrt versucht der Mensch, vom pflanzlichen Immunsystem zu lernen: «Vielleicht können antimikrobiale Stoffe, wie sie die Pflanzen produzieren, auch uns als Grundlage dienen, neuartige Antibiotika zu entwickeln», sagt Zipfel.

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