Über welche „magischen Schutzkräfte“ verfügen Pflanzen angesichts „allgegenwärtiger“ Mikroorganismen?

Die letzten Jahre dürften die Zeit gewesen sein, in der die Immunologie in der Öffentlichkeit am beliebtesten war. Jeder im Alter von 99 Jahren bis zu dem Alter, in dem er gerade laufen lernt, weiß wahrscheinlich über Impfungen Bescheid. Wer ein wenig aufpasst, weiß vielleicht auch über Antikörper, Immunzellen, Antibiotika etc. Bescheid. Auch dass man Keime mit Desinfektionsmitteln abtöten und sich durch das Tragen von Masken vor ihnen schützen kann, ist den Menschen bekannt. Wenn Sie es sich wirklich nicht leisten können, Anstoß zu erregen, können Sie sich natürlich verstecken und diese riskanten Orte meiden.

Daher stellt sich eine interessante Frage: Pflanzen können sich nicht wie wir Menschen fortbewegen und haben keine Krankenhäuser. Was also tun sie, wenn sie mit den in der Natur allgegenwärtigen Mikroorganismen konfrontiert werden? Haben Pflanzen also Immunität?

Die Antwort ist ja. Um in der Natur zu überleben, verfügen Pflanzen von Natur aus über eine Immunität, die jedoch nicht ganz mit der Immunität von Wirbeltieren identisch ist. Was also ist Pflanzenimmunität? Lassen Sie uns weiter unten darüber sprechen.

01. Wie ist die Immunität von Pflanzen?

Pflanzen verfügen nicht über ein adaptives Immunsystem, das wir oft als Immunität bezeichnen. Pflanzen verfügen jedoch dennoch über eine spezifische Immunität und entwickeln ein Immungedächtnis. Diese Immunität lässt sich in drei Aspekte zusammenfassen: Vermeidung von Pflanzenkrankheiten, Krankheitsresistenz und Krankheitstoleranz.

Wie? Ist es ein bisschen schwer zu verstehen? Nehmen wir ein typisches Beispiel: das Pflanzenreich meines Landes – Xishuangbanna, das als der Ort mit der höchsten Artenvielfalt in meinem Land gilt. Als größtes tropisches Gebiet auf dem chinesischen Festland verfügt es auch über den größten tropischen Regenwald und die höchste Artenvielfalt des Landes. Ein Viertel der Tiere und ein Sechstel der Pflanzen des Landes wachsen hier. Allein tropische Pflanzenarten gibt es über 5.000 Arten. Man kann sagen, dass es sich um eines der besten Gebiete zum Studium von Pflanzen handelt.

Die einzigartige Artenvielfalt in Xishuangbanna hängt auch mit dem einzigartigen lokalen Klima und der geografischen Umgebung zusammen. Einerseits weist Xishuangbanna wie viele tropische Regionen ein typisches tropisches Zwei-Jahreszeiten-Klima mit Regen- und Trockenzeiten auf. Während der Regenzeit fallen in der Region reichlich Niederschläge, während in der Trockenzeit aufgrund der Geländebeschaffenheit und des Klimas in Xishuangbanna mehr Trockenzeitnebel herrscht. Beispielsweise zeigt die folgende Abbildung die Statistik der nebligen Tage in Xishuangbanna [1]:

Wir können sehen, dass während der Trockenzeit von Oktober bis April des folgenden Jahres der Anteil nebliger Tage in Xishuangbanna ziemlich hoch ist, insbesondere in Mengla, wo selbst im April ein Drittel der Tage neblig sind. Diese Umgebung mit starkem Nebel versorgt Xishuangbanna außerdem mit zusätzlichem Wasser und chemischen Komponenten, sodass Xishuangbanna während der Trockenzeit eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten kann und die einheimischen Pflanzen somit besser wachsen.

Eine hohe Luftfeuchtigkeit fördert natürlich nicht nur das Pflanzenwachstum, sondern sorgt auch dafür, dass die natürlichen Feinde der Pflanzen – die Mikroorganismen – sich gut darin aufhalten. Schließlich ist die Luftfeuchtigkeit ein ganz entscheidender Faktor für Mikroorganismen.

Beispielsweise handelt es sich bei beiden um tropische Regionen. Forscher verglichen die mikrobielle Vielfalt der Böden in Hainan und Xishuangbanna und fanden heraus, dass die mikrobielle Vielfalt der Böden in Xishuangbanna deutlich höher war [2].

Daraus lässt sich ersehen, dass Xishuangbanna zwar eine hohe Pflanzenvielfalt aufweist, aber auch mit komplexeren und vielfältigeren Mikroorganismen konfrontiert ist, sodass die einheimischen Pflanzen eine stärkere Fähigkeit besitzen müssen, mit Mikroorganismen umzugehen.

02. Wie gehen Pflanzen mit Mikroorganismen um?

Wie gehen Pflanzen mit Mikroben um?

Erstens verfügen Pflanzen über eine natürliche körperliche Resistenz gegen Krankheiten , die unserer angeborenen Immunität ähnelt. Wir Menschen verfügen über angeborene Barrieren wie die Haut und Pflanzen haben ebenfalls natürliche Schutzmechanismen wie die Rinde. Darüber hinaus haben viele Pflanzen eine Reihe natürlicher Schutzschichten entwickelt, beispielsweise die Kutikula, Wachsschicht, Korkschicht und andere Strukturen, die dem Eindringen von Mikroorganismen wirksam widerstehen können und als erste Verteidigungslinie dienen.

Zweitens verfügen Pflanzen auch über natürliche antibakterielle Inhaltsstoffe, die der Schlüssel zu den antibakteriellen Eigenschaften von Pflanzen sind.

Obwohl die Epidermis einer Pflanze vielen mikrobiellen Invasionen widerstehen kann, sind andere antibakterielle Methoden erforderlich, sobald die Mikroorganismen in den Pflanzenkörper eindringen. Bei Pflanzen sind sie vor allem auf verschiedene Antibiotika angewiesen, also antibakterielle Wirkstoffe, die von der Pflanze selbst abgesondert werden. Es gibt viele Arten. Viele Pflanzen haben beispielsweise einen einzigartigen Geruch, und die häufigsten davon sind aromatische Pflanzen. Diese Pflanzen können aromatische, ölige Flüssigkeiten extrahieren, die die breitbandigen antibakteriellen Inhaltsstoffe der Pflanze darstellen. Auf diese Weise werden Monoterpene aus einer Pflanze extrahiert. Sie sind in vielen Pflanzenarten weit verbreitet und die antibakteriellen Eigenschaften dieses Inhaltsstoffs wurden umfassend untersucht [3].

Wie in der Abbildung oben gezeigt, haben unterschiedliche Dosen von Terpinen-4-ol eine hemmende Wirkung auf Pseudomonas fluorescens. Die hemmende Wirkung kann bereits bei Spurenmengen auftreten. Die Hemmwirkung einer Dosis von 2 µl/ml entspricht der Hemmwirkung von 50 µg/ml des gängigen antibakteriellen Antibiotikums Kanamycin (positive Kontrolle). Mit anderen Worten: Terpinen hat bei niedrigeren Konzentrationen eine bessere antibakterielle Wirkung.

Es gibt auch viele Studien zum antibakteriellen Mechanismus von Terpinen-4-ol . Terpinen-4-ol kann die Zellwand von Bakterien wirksam zerstören, die Zellmembran freilegen und die Durchlässigkeit der Zellmembran weiter verändern, sodass intrazelluläre Ionen ausgeschieden werden können und so eine bakterizide Wirkung erzielt wird.

Beispielsweise gibt es eine andere Art von Proteinkomponente, die von Pflanzen abgesondert wird: Lysozym. Dies ist eine Art Glykosidhydrolase. Im Gegensatz zu Bakteriostatinen handelt es sich um eine biologisch aktive Protease, die gezielt auf die Zellwände von Mikroorganismen einwirken kann und dadurch eine breite Resistenz gegen Krankheitserreger ausübt und eine bakterizide Wirkung erzielt.

Tatsächlich verfügen Pflanzen über eine sehr starke antibakterielle Wirkung, die die grundlegende Garantie für ihr Überleben in der Natur darstellt.

03. Sind diese natürlichen antibakteriellen Inhaltsstoffe für den Menschen nützlich?

Da Pflanzen über sehr starke antibakterielle Eigenschaften verfügen, ist es möglich, antimikrobielle Inhaltsstoffe aus Pflanzen zu gewinnen, die dem Menschen zugute kommen? Tatsächlich ist es dem Menschen gelungen, eine Vielzahl antibakterieller Inhaltsstoffe aus Pflanzen zu gewinnen. Ein klassisches Beispiel ist beispielsweise die heute weltweit weit verbreitete Kulturpflanze Melaleuca alternifolia.

Melaleuca alternifolia ist ein Baum der Gattung Melaleuca aus der Familie der Myrtaceae, der in Australien heimisch ist. Die einheimischen Aborigines tränkten die Blätter der Melaleuca alternifolia und legten sie auf die Wunden, um die Heilung zu fördern. Während des Zweiten Weltkriegs enthielten die Erste-Hilfe-Kästen australischer Soldaten zur Behandlung von Traumata auch Teebaumöl aus Melaleuca alternifolia.

Da die antibakterielle Wirkung des ätherischen Öls von Melaleuca alternifolia weithin bekannt ist, haben Wissenschaftler begonnen, wissenschaftliche Forschungen dazu durchzuführen. So untersuchte der australische Wissenschaftler Dr. C.R. Penfold bereits 1923 erstmals die bakterizide Wirkung von ätherischem Teebaumöl und stellte fest, dass ätherisches Teebaumöl Bakterien tatsächlich in erheblichem Maße abtöten kann. Seine bakterizide Wirkung ist 13-mal höher als die von Phenol, was die lokale traditionelle Erkenntnis bestätigt [4].

Weitere Untersuchungen ergaben, dass sein Hauptbestandteil Terpinen-4-ol ist, das ebenfalls der bereits erwähnte antibakterielle Pflanzenbestandteil mit offensichtlicher antibakterieller Wirkung ist.

Aufgrund der guten antibakteriellen Wirkung des ätherischen Teebaumöls wurden ertragreiche Sorten, die reich an Terpinen-4-ol sind, in der Folgezeit in großem Umfang angebaut und in allen Teilen der Welt eingeführt, von den Vereinigten Staaten über Südostasien bis nach China. Mit der Anpflanzung dieser hervorragenden antibakteriellen Pflanze wurde begonnen.

Heutzutage werden aus Melaleuca alternifolia gewonnene ätherische Öle in vielen Bereichen eingesetzt. Im Bereich der Biomedizin beispielsweise weist das ätherische Öl von Melaleuca alternifolia eine hervorragende antibakterielle Wirkung auf. Die antibakterielle Wirkung seines Hauptbestandteils Terpinen-4-ol wurde in zahlreichen Studien bestätigt und sein antibakterieller Mechanismus wurde aufgedeckt. Daher wurde es 2001 erfolgreich in das Europäische Arzneibuch aufgenommen und von der US-amerikanischen FDA als rezeptfreies Arzneimittel zugelassen.

Derzeit beschränkt sich die Forschung zu Terpinen-4-ol nicht nur auf den Bereich der antibakteriellen Wirkung, sondern hat sich sogar auf andere Krankheitsbereiche ausgeweitet und bietet neue Möglichkeiten zur Behandlung vieler Krankheiten.

Als hervorragender antibakterieller Inhaltsstoff ist es natürlich nicht nur ein Arzneimittel, sondern hat auch eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten im täglichen Leben, ein typisches Beispiel ist die tägliche Sterilisation, etwa das Reinigen unserer Kleidung.

Möglicherweise ist Ihnen aufgefallen, dass beim Aufhängen von Wäsche zum Trocknen an regnerischen Tagen immer verschiedene Gerüche entstehen. Der Grund dafür ist, dass die allgegenwärtigen Mikroorganismen unsere Kleidung als Nahrung nutzen, sich aufgrund der feuchten Witterung stark vermehren und verschiedene Geruchsstoffe absondern.

Da wir bereits erwähnt haben, dass Pflanzen über eine große Vielfalt antibakterieller Substanzen verfügen, wäre es uns dann nicht möglich, Bakterien zu eliminieren, indem wir diese antibakteriellen Inhaltsstoffe aus Pflanzen gewinnen? Die Antwort ist ja. Es wurde in der Praxis angewendet.

Pflanzliche antibakterielle Inhaltsstoffe haben einen weiteren Vorteil: Sie sind nicht reizend und können auf empfindlicher Haut angewendet werden. Ein typischer Stil biologischer Systeme ist das Gleichgewicht. Sie werden ihre eigenen Funktionen selbst regulieren. Beispielsweise ist es ihnen nicht möglich, diese Immunsubstanzen zum Zweck der antibakteriellen Wirkung übermäßig auszuschütten und dadurch ihre anderen Funktionen zu beeinträchtigen. Das Ergebnis ist ein Gleichgewicht zwischen antibakterieller Wirkung und vielen anderen Funktionen wie Wachstum und Fortpflanzung. Wir sehen also, dass Pflanzen ihre normalen Funktionen aufrechterhalten und gleichzeitig Bakterien hemmen können, was für uns von großem Nutzen ist. Viele unserer Kleidungsstücke werden aus Pflanzenfasern hergestellt, sodass sie die antibakteriellen Vorteile der Pflanzen besser nutzen können: Sie hemmen Bakterien, ohne die Pflanzenfasern übermäßig zu schädigen. Dies ist der natürliche Vorteil der Pflanzensterilisation.

Im Laufe der Jahre haben wir hart daran gearbeitet, die Artenvielfalt zu schützen. Tatsächlich schützen wir durch den Schutz der Biodiversität auch uns selbst. Wie bei Pflanzen wie Melaleuca alternifolia haben wir die magische Kraft der Pflanzensterilisation entdeckt, die uns helfen kann, Krankheiten zu widerstehen, unser Leben zu verbessern und einen gesünderen und sichereren Lebensstil zu erreichen.

[1] Peng Haiying, Shi Zhengtao, Tong Shaoyu. Klimatologische Eigenschaften und Einflussfaktoren des Nebels in Xishuangbanna[J]. Geographical Research, 2020, 39(08): 1907-1919.

[2] Du Haonan, Wei Yaqing, Quan Fei et al. Zusammensetzung und Vielfalt rhizosphärischer Bakteriengemeinschaften in Kautschukplantagen in Xishuangbanna und Hainan[J]. Journal of Western Forestry Science, 2022, 51(01): 77-83. DOI: 10.16473/j.cnki.xblykx1972.2022.01.012.

[3] Geng Yiming, Li Tingting, Li Jianrong et al. Antibakterielle Aktivität und Mechanismus von Terpinen-4-ol gegen Pseudomonas fluorescens[J]. Lebensmittelwissenschaft, 2022, 43(01): 30-36.

[4] Wu Kegang. Ätherisches Öl der Pflanze Melaleuca alternifolia[J]. Lebenswelt, 2021(09):28-29.