DE4133889C2

DE4133889C2 - Zubereitungsform von BTI- und/oder BS-endotoxinen

Info

Publication number: DE4133889C2
Application number: DE4133889A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Becker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-12
Filing date: 1991-10-12
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2011-10-13
Also published as: DE4133889A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neue Zubereitungsform von Bacillus thuringiensis israelensis (BTI) und/oder Bacillus sphaericus (BS-)endotoxinen, welche bei der Bekämpfung von Stechmückenlarven verwendet werden.

Stechmücken sind gefährliche Überträger von Krankheiten, z. B. Malaria, Blutungsfieber (Dengue, DHF), Enzephalitis oder lymphatischen Filariosen. Im europäischen Raum sind sie jedoch vor allen Dingen bei massenhaften Auftreten eine erhebliche Plage, die die Lebensqualität schmä lert. Weltweit werden umfangreiche Maßnahmen zur Bekämpfung der Stechmücken getroffen, und dabei werden mehr als 50 000 Tonnen chemischer Insektizide jährlich eingesetzt. Neben dem objektiven Nutzen, in der Verringerung der Stechmückenhäu figkeit, bedingen diese Chemikalien jedoch erhebliche toxi kologische Risiken, da sie nicht nur die Stechmücken bzw. ihre Larven schädigen, sondern auch gegen andere Organismen wirksam sind. Auch ökologische Risiken sind dabei durchaus gegeben, da die gleichzeitige Schädigung anderer Insekten, beispielsweise der nichtstechenden Zuckmücken, durch diese Mittel die Nahrungskette für Fische und Vögel stört. Man hat deshalb nach Alternativen gesucht, welche gezielter nur gegen Stechmücken bzw. ihre Larven wirken.

Neben den chemischen Insektiziden sind seit vielen Jahren bakterielle Insektizide Gegenstand intensiver Forschungsar beiten.

1977 isolierten Goldberg und Margalit aus einer von Mücken brutplätzen in der Negev-Wüste stammenden Probe einen Bacil lus-thuringiensis-Stamm, der sich gegenüber Larven verschie dener Mücken, insbesondere Stech- und Kribbelmücken, als pathogen erwies. Dieser wird heute als Bacillus thuringien sis var. israelensis klassifiziert und auch als Pathotyp B bezeichnet zur Unterscheidung von einem Bacillus thurin giensis Pathotyp A, welcher gegen Lepidopteren wirksam ist. In der US-PS 41 66 112 wird die Verwendung von BTI als Insektizid beansprucht.

Mikrobiologische Präparate auf der Basis von Bacillus thu ringiensus H-14 und Bacillus sphaericus haben sich in den zurückliegenden Jahren effektiv im Kampf gegen die Stech mücken erwiesen. Sie wirken sehr selektiv und töten nur die Larven weniger Mückenarten, insbesondere der Stechmücken, ab. Für andere Tiere und Menschen, selbst nahe Verwandte der Stechmücken sind diese Mittel nach heutigem Kenntnisstand ungefährlich. Die Wirksamkeit beruht dabei auf Proteinkri stallen (Endotoxinen), welche die Bazillen am Ende ihrer Wachstumsperiode gleichzeitig mit der Sporenbildung erzeu gen. Wenn diese Endotoxine von den Stechmückenlarven zusam men mit dem Futter aufgenommen werden, werden sie im Darm der Mücke zum Toxin aktiviert, lagern sich an die Mittel darmzellen an, und bringen diese durch osmo-regulatorische Effekte zum Platzen. Die Mückenlarven sterben so innerhalb weniger Minuten bis Stunden ab.

Notwendige Voraussetzung der Wirksamkeit der Endotoxine sind

a) eine genügend hohe Konzentration, in der sie von den Stechmückenlarven aufgenommen werden;
b) die Aktivierung zum Toxin im alkalischen Darmmilieu der Mückenlarven durch entsprechende Proteasen, und
c) das Vorhandensein von entsprechenden Rezeptorstellen an den Darmzellen der Mücke, an die diese Toxine anbinden.

Daß diese Endotoxine so spezifisch wirken, scheint daran zu liegen, daß vor allem die Rezeptorstellen bei anderen Tieren nicht vorhanden sind bzw. der proteolytische Abbau in ande rer Weise erfolgt.

Da diese mikrobiologischen Präparate als Fraßgifte nur gegen die Stech- und Kribbelmückenlarven eingesetzt werden können und andererseits als Proteine relativ rasch von den in der Natur vorkommenden verschiedensten Mikroorganismen abgebaut werden, ist es notwendig, die Präparate in geeigneter Kon zentration in die Brutgewässer auszubringen, nachdem die Larven geschlüpft sind. Bisher wird das Produkt dabei als Puderformulierung oder Flüssigkonzentrat mit entsprechenden Mengen Wasser gemischt und als Suspension über die befalle nen Gewässer versprüht. Weiterhin ist es bekannt, die Endo toxine mit Sand oder Maiskolbenbruch zusammen zu Granulaten zu verarbeiten, welche dann in fester Form verstreut werden können.

Für die Bekämpfung von Stechmücken, welche in Containern, wie Regenfässern, brüten, wie z. B. Culex pipiens, werden heute Brikettformulierungen angeboten, die aus zusammenge preßten Korkstücken und dem Endotoxin bestehen und dadurch schwimmfähig sind. Das Endotoxin wird durch den langsamen Zerfall der Briketts abgege ben. Da nur die in Lösung befindlichen Endotoxine in stärke rem Maße mikrobiell angegriffen werden, hält die Wirkung solcher Briketts für einige Wochen an. Der Nachteil dieser Formulierung liegt darin, daß sich die organischen Partikel in den Containern anhäufen und bei der Entnahme von Wasser stören.

Mikrobiologische Präparate, wie die BTI-Endotoxine, können nur dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn sie in Form von Formulierungen verabreicht werden, die auf das Freßverhalten der Zielorganismen und die jeweilige Qualität der Brutplätze abgestimmt sind. Bei den Stechmückenlarven gibt es unter schiedliche Freßstrategien, z. B. Larven, die vorwiegend am Boden der Brutstätten fressen (Weidegänger), Larven, die vorwiegend im Wasserkörper filtrieren (Filtrierer) und Lar ven, die fast ausschließlich an der Wasseroberfläche fressen (Oberflächenfresser). Um diese verschiedenen Formen gleich zeitig zu erfassen, ist es daher nötig, eine Formulierung des BTI-Präparates zu finden, welches im Gegensatz zu den bekannten Produkten, welche entweder nur die oberflächenna hen Bereiche (schwimmfähige Produkte, auf die Oberfläche aufgesprühte Suspensionen) oder nur die bodennahen Bereiche (sandhaltige Granulate) erfassen, über die gesamte Wasser schicht wirksam ist. Darüber hinaus dürften solche Produkte keine die Wasserqualität nachteilig beeinflussenden Bestandteile enthalten, d. h. insbesondere auch keine trüben den Stoffe abscheiden. Da die Produkte nur eine relativ kurze Wirksamkeit haben, und immer wieder ausgebracht werden müssen, darf das Mittel natürlich auch nicht teuer sein.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch die im Haupt anspruch kennzeichnenden Merkmale gelöst und durch die Merk male gemäß den Unteransprüchen gefördert.

Die neue Zubereitungsform enthält demnach

BTI- und/oder BS-Endotoxin\|30-60%
nichttoxische, mikrobiell abbaubare Bindemittel	20-60%
Natrium- oder Kaliumcarbonat oder Natriumbicarbonat	5-20%
feste Säuren	5-20%

Es ist überraschend, daß eine Zubereitungsform, welche stark alkalische Bereiche (z. B. Soda) und stark saure Bereiche (z. B. Zitronensäure) statistisch verteilt enthält, keine Schädigungen der enthaltenden Endotoxine verur sacht, sondern im Gegenteil bei normaler trockener Lagerung durch den Alkaligehalt ein mikrobieller Abbau verlangsamt wird. Eine feuchte Lagerung muß allerdings unterlassen wer den, da sonst die Mischung reagieren würde.

Die erfindungsgemäße Zubereitungsform, im folgenden als Tablette bezeichnet, ist in ihrer Zusammensetzung so eingestellt, daß sie etwas schwerer ist als Wasser (D = 1,03 bis 1,1), wodurch sie beim Einbringen in das Gewässer bis zum Boden absinkt. Durch das Wasser wird dann an der Tablettenoberfläche eine "Brausereaktion" verur sacht, und das gebildete CO₂, welches in kleinen Perlen an der Tablette anhaftet, bewirkt, daß diese langsam zur Ober fläche aufsteigt, wobei die Gasperlen wieder abgelöst werden und die Tablette wieder absinkt. Die ungleichmäßige Ablösung der Gasperlen beim Aufsteigen und Absinken bewirkt, daß die Tablette eine Taumel- oder Schlingerbewegung durchführt, wodurch die sich von der Oberfläche ablösenden BTI-Kristalle gleichmäßig im ganzen Wasserkörper verteilt werden.

Das durch die Brausereaktion gebildete Natriumcitrat wird mikrobiell abgebaut und ist untoxisch und umweltfreundlich.

Selbstverständlich kann die in den Beispielen beschriebene Brausemischung auch durch andere bekannte Alternativen, beispielsweise mit anderen festen Säuren oder mit Natrium- oder Kaliumcarbonat, als CO₂-Quelle ersetzt werden.

Als nichttoxisches, mikrobiell abbaubares Bindemittel wird Cellulose bevorzugt, jedoch lassen sich auch Bindemittel wie Stärke, Dextrane, Gelatine oder ähnliche Produkte, mit gleichem Erfolg einsetzen.

Für die Zusammensetzung der Tabletten ist eine möglichst kleine Tablette, d. h. ein hoher Anteil an BTI, erwünscht. Andererseits soll der Gehalt an Natriumbicarbonat und Zitro nensäure eine ausreichende CO₂-Entwicklung ermöglichen, um einerseits das Schwimmverhalten der Tablette im gewünschten Rahmen einzustellen und andererseits den Zerfall der Tablette zu fördern. Der Gehalt an Bindemittel, insbesondere Cellulose, bewirkt einerseits die Verpreßbarkeit der Kompo nenten zu Tabletten von genügender Festigkeit und anderer seits die Einstellung des spezifischen Gewichts der Tablette, welche wiederum das Schwimmverhalten mit beein flußt.

Eine bezüglich Preßverhalten, Löslichkeit und Dispersionsfä higkeit besonders vorteilhafte Rezeptur enthält z. B. 47% BTI, 23% Cellulose und jeweils 15% Natriumhydrogencarbonat und -citrat.

Soweit nicht anders angegeben, wird unter %-Gehalt der Gehalt in Gewichts-% verstanden.

Die in den folgenden Beispielen beschriebenen Tabletten wurden auf einer Handpresse mit Tablettendurchmessern von circa 5 mm gepreßt, das durchschnittliche Gewicht der untersuchten Tabletten betrug 68 - 77 mg. Beurteilt werden in den verschiedenen Versuchen das Preßverhalten, d. h. die Stabilität der erhaltenen Tablette auf Härte, Abbröckeln von Kanten, Abblättern der Deckschichten und Abrieb während der Bearbeitung. Alle untersuchten Tablet ten erweisen sich insoweit als befriedigend (±) oder gut (+) bis sehr gut (++). Zur Untersuchung der Zerfallsdynamik wur den die Tabletten in einem Glaszylinder mit einer Bodenflä che von 113 cm², welcher 11,5 cm hoch mit Leitungswasser (22,5°C) gefüllt ist, eingegeben.

Die Löslichkeit der Tablette wurde unter drei Gesichtspunk ten beurteilt: unter a) die Schwimmfähigkeit, wobei als schwimmt nicht (-), schwimmt schlecht (0), schwimmt befrie digend (±) oder schwimmt gut (+) klassifiziert wurde. Ferner wurde unter b) die Zeit in Minuten bis zum vollständigen Zer fall der Tablette und unter c) das Sprudelverhalten, d. h. die CO₂-Entwicklung beurteilt. Unter schlecht (-) wurden Tablet ten beurteilt, die geringfügig oder gar kein CO₂ entwickeln, unter befriedigend (±) solche, die eine deutliche Blasenentwicklung zeigen, unter gut (+) solche Tabletten, die eine starke und unter sehr gut (++), die eine sehr starke CO₂-Entwicklung zeigen. Ferner ist in den Tabellen noch die Dispersionsart der Tablette angegeben, wobei unter schlecht (-) ein Zerfall in größere Stücke, unter befriedi gend (±) ein Zerfall in feine Partikel und unter gut (+) bzw. sehr gut (++) eine weitgehende Dispersion verstanden wird.

Beispiel 1

Einfluß von Wirkstoff- und Bindemittelgehalt auf die Zerfallsdynamik von BTI-Tabletten

Der Versuch zeigt, daß das Preßverhalten erwartungsgemäß mit zunehmendem Cellulosegehalt sich verbessert und auch die Zerfallszeiten kürzer werden. Durch den geringen Gehalt an Natriumbicarbonat und Citrat sind jedoch das Sprudelverhal ten und damit die Schwimmfähigkeit und Dispersionsgeschwin digkeit der Partikel nicht ausreichend oder nur befriedi gend.

Beispiel 2

Zerfallsdynamid von BTI-Tabletten bei verschiedenen Zusammensetzungen

Die vorstehende Tabelle zeigt, daß bei Bicarbonat- und Citratgehalten von 10 bis 20% die Schwimmfähigkeit und das Sprudelverhalten der Tabletten gut bis sehr gut ist und auch eine gute bis sehr gute Dispersion erreicht wird. Die Tabletten lösen sich aufgrund dieses Effektes fast doppelt so schnell auf wie die gemäß Beispiel 1.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Rezeptur 1b mit einem Gehalt von BTI von 46,7%, einem Cellulosegehalt von 23,3% und einem Natriumbicarbonat- und -citratgehalt von jeweils 15%, welche sowohl bezüglich des Preßverhaltens als auch der Löslichkeit und Dispersion gute bis sehr gute Eigenschaften erreicht.

Diese Formulierung erweist sich in folgenden Punkten als besonders vorteilhaft:

1. Die starke CO₂-Freisetzung, verbunden mit einem fein partikulären Teilchenstrom, führt zu einer gleichmäßi gen Dispersion der Tablettenkomponenten.
2. Der schnelle Zerfall der Tablette hat in kurzer Zeit eine umfassende Verteilung des Wirkstoffs im gesamten Pro benvolumen zur Folge.
3. Während feine Partikel in der Schwebe bleiben, sinken die gröberen Fraktionen auf den Grund ab. Dadurch las sen sich mit einer Formulierung Organismen, die ver schiedene Ernährungsstrategien verfolgen (Filtrierer, Weidegänger), bekämpfen.
4. Der hohe Anteil des BTI-Wirkstoffes vermindert Anzahl und Gewicht der benötigten Tabletten bei Bekämpfungs aktionen in größerem Maßstab.

Claims

1. Zubereitungsform von Bacillus thuringiensis - und/oder Bacillus sphaericus - Endotoxinen zur Bekämpfung von Stechmückenlarven in Form von Tabletten, enthaltend übliche Hilfs- und Trägerstoffe, sowie in Gegenwart von Wasser gasentwickelnde Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Tablette eine Dichte von 1,03-1,1 g/cm³ aufweist und folgende Zusammensetzung hat: BTI- und/oder BS-Endotoxin|30-60% nichttoxische, mikrobiell abbaubare Bindemittel 20-60% Natrium- oder Kaliumcarbonat oder Natriumbicarbonat 5-20% feste Säuren 5-20%

2. Zubereitungsform gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 45-50% BTI, 20-25% Cellulose, 15% Natriumbicarbonat und 15% Zitronensäure.

3. Verwendung von Zubereitungsformen gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 zur Bekämpfung von Stechmückenlarven.