Aus Weintrub gewonnene Peptidgemische hemmten wichtige Pilzerreger der Weinrebe im Labor

Forschende haben Weintrub – das Sediment, das sich am Boden von Gärtanks und Fässern absetzt – zu peptidreichen Gemischen verarbeitet, die eine antimykotische Wirkung gegen zwei wichtige Erreger von Rebstammkrankheiten zeigten. Das geht aus einer Studie hervor, die am 12. August in Systems Microbiology and Biomanufacturing veröffentlicht wurde.

Die Arbeit befasst sich zugleich mit zwei anhaltenden Problemen des Weinbaus. Rebstammkrankheiten zählen zu den besonders schädlichen Erkrankungen in Weinbergen, vor allem bei jungen Reben. Weintrub wiederum ist ein umfangreiches Nebenprodukt der Weinbereitung, das häufig nur unzureichend genutzt wird. Die Studie legt nahe, dass sich aus einem üblicherweise als Abfall behandelten Material biologische Pflanzenschutzmittel gewinnen lassen könnten. Die Ergebnisse beschränken sich jedoch bislang auf Versuche unter experimentellen Bedingungen und belegen noch keine kommerziell validierte Behandlung für Weinberge.

Untersucht wurden Phaeomoniella chlamydospora und Phaeoacremonium minimum, zwei Pilze, die eng mit der Petri-Krankheit verbunden sind. Sie befallen das Holzgewebe junger Reben und können Holzverfärbungen, Gewebeabsterben, gestreifte Blätter, verringertes Wachstum, Welke und in schweren Fällen das Absterben der Pflanze verursachen. Seit dem Verbot von Natriumarsenit wegen der Risiken für die menschliche Gesundheit seien wirksame chemische Bekämpfungsmöglichkeiten begrenzt geblieben, erklärten die Forschenden. Das habe das Interesse an biologischen Alternativen verstärkt.

Weintrub ist nach Angaben der Forschenden das zweitgrößte Nebenprodukt von Weingütern und macht etwa 25 Prozent der Gesamtmenge aus. Er enthält tote und lebende Hefezellen sowie Proteine, Peptide, Polysaccharide, Lipide und Polyphenole. Seine Zusammensetzung kann jedoch je nach verwendeter Rebsorte, den beteiligten Hefestämmen und dem Gärungsverfahren stark variieren. Deshalb betrachteten die Forschenden die Kontrolle der Zusammensetzung als zentralen Bestandteil der Arbeit und nicht als nachrangige Frage.

Für die Herstellung der antimykotischen Gemische entwickelte das Team einen mehrstufigen Bioprozess. Am Anfang standen kontrollierte Gärungen mit Saccharomyces-Reinkulturen sowie sequenzielle Beimpfungen mit Nicht-Saccharomyces-Stämmen. Der dabei entstandene Weintrub wurde anschließend einer ultraschallunterstützten Autolyse, einer enzymatischen Hydrolyse und einer Ultrafiltration bei 3 Kilodalton unterzogen. Ziel war es, hefehaltiges Material in kleinere Fraktionen aufzuspalten, die anschließend auf ihre biologische Aktivität untersucht werden konnten.

Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Unterschied zwischen den unbehandelten und den verarbeiteten Fraktionen. Autolysate mit hohem Molekulargewicht hemmten das Pilzwachstum nicht. Die nach der Hydrolyse gewonnenen Fraktionen verringerten dagegen das Myzelwachstum von Phaeoacremonium minimum um 45 bis 75 Prozent und von Phaeomoniella chlamydospora um 40 bis 57 Prozent. Außerdem reduzierten sie die Konidienbildung bei einem Erreger um bis zu 92 Prozent und beim anderen um bis zu 61 Prozent. Das deutet darauf hin, dass sie nicht nur das Wachstum, sondern auch die Fortpflanzungsfähigkeit der Pilze beeinflussten.

Auch die Pflanzenversuche lieferten positive Ergebnisse. Dabei verringerten die Fraktionen die Symptome von Holzverfärbungen in einer Messreihe um 47 bis 52 Prozent und in einer weiteren um 35 bis 73 Prozent. Zudem senkten sie das Wachstum endophytischer Pilze – je nach Erreger und untersuchter Fraktion – um 63 bis 84 Prozent beziehungsweise um 80 bis 91 Prozent. Dieses Muster deute darauf hin, dass die Hydrolyse ein entscheidender Schritt sei: Die antimykotische Wirkung könnte demnach entstehen, wenn Hefproteine in kleinere Peptide zerlegt werden, erklärten die Forschenden.

Die Studie untersuchte auch die chemischen Grundlagen dieser Unterschiede. Mithilfe einer ungezielten Metabolomik-Analyse mit UHPLC-ESI-TIMS-QTOF fand das Team stamm- und gärungsabhängige chemische Profile und identifizierte 448 Merkmale, die sich zwischen den Gärungsbedingungen unterschieden. Ein zweiter Ansatz, beschrieben als aktivitätsbasierte Korrelations-Fingerprinting-Methode, identifizierte 49 mutmaßliche Biomarker, die negativ mit dem Wachstum der Erreger korrelierten. Diese Verbindungen könnten erklären, welche Moleküle die antimykotische Wirkung hervorrufen, und die künftige Prozessgestaltung unterstützen, so die Forschenden.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse war, dass die Gärung selbst vorgelagert im Prozess offenbar als Qualitätssicherungsschritt wirkt. Durch die gezielte Auswahl von Hefestämmen und Beimpfungsfolgen könnten Erzeuger die Zusammensetzung der aus Weintrub gewonnenen Fraktionen beeinflussen und sie möglicherweise auf eine stärkere antimykotische Wirkung ausrichten. In der Praxis bedeutet das, dass dieselben Gärungsentscheidungen, die sich auf die Weinbereitung auswirken, auch den Wert der zurückbleibenden Nebenprodukte prägen könnten.

Diese Verbindung ist auch über die Pflanzenpathologie hinaus relevant. Für Weingüter und den Getränkesektor insgesamt weist die Forschung auf eine mögliche Möglichkeit hin, aus einem Entsorgungsproblem einen nützlichen landwirtschaftlichen Einsatzstoff zu machen. Sollte sich der Ansatz in größeren Versuchen bewähren, könnte er die Verwertung von Abfällen aus der Weinbereitung mit neuen Formen des Schutzes von Weinbergen verbinden und so eine potenzielle Nutzung im Sinne der Kreislaufwirtschaft für ein Nebenprodukt eröffnen, das bereits in großen Mengen anfällt.

Die Forschenden betonten, dass ihre Aussagen nicht über die Datenlage hinausgingen. Die Ergebnisse wurden in Labortests und experimentellen Pflanzenversuchen erzielt, nicht in groß angelegten Feldversuchen in kommerziellen Weinbergen. Damit bleiben wichtige Fragen zu Konstanz, Kosten, Anwendungsmethoden, behördlicher Zulassung und Wirksamkeit unter realen Anbaubedingungen offen. Dort können Wetter, Alter der Reben, Boden und Mischinfektionen den Krankheitsdruck beeinflussen.

Dennoch beschreibt die Studie einen konkreten Weg für die weitere Entwicklung. Statt Weintrub als unregelmäßig anfallenden Rückstand mit geringem Wert zu behandeln, stellt sie ihn als verarbeitbaren Rohstoff dar, dessen biologische Aktivität sich möglicherweise durch die Gestaltung der Gärung, enzymatische Behandlung und Trennverfahren beeinflussen lässt. Für eine Branche, die sowohl mit Krankheiten im Weinberg als auch mit der Bewirtschaftung von Nebenprodukten umgehen muss, könnte diese Kombination Weintrub für die künftige Forschung zum Pflanzenschutz wichtiger machen als bisher.