Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Kombi-Rezeptor ermöglicht Insekten eine superempfindliche als auch schnelle Wahrnehmung von Duftstoffen in der Umwelt

14.04.2008
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Friedrich-Schiller Universität Jena ermitteln die Funktionsweise des exemplarischen Geruchsrezeptors Or22a/Or83b der Fruchtfliege

Flüchtige Moleküle, die Duftsignale darstellen, werden an Rezeptoren gebunden, die sich in tierischen Zellmembranen befinden. Vom Rezeptor aus nimmt das Signal einen mehrstufigen Weg: Über G-Proteine wird in der Zelle der Botenstoff cAMP gebildet, welcher dann an einer anderen Stelle in der Membran Ionenkanäle öffnet - es entsteht ein elektrischer Impuls, der im Gehirn des Tieres weiterverarbeitet wird. Jenaer Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass die Fruchtfliege dieses aus mehreren Komponenten bestehende System im Verlauf der Evolution „zusammengeschaltet“ hat.



Die Geruchsrezeptoren der Fruchtfliege Drosophila melanogaster (oben, Antennen grün hervorgehoben; Balken im Bildauschnitt: 20 µm) sind Proteinendimere (unten, schematisch dargestellt), die aus einem konventionellen Duftrezeptor (Or22a) und einem Ionenkanal (Or83b) bestehen und sowohl schnelle als auch sensitive Reaktionen auf Duftmoleküle vermitteln können. Bild/Graphik: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie/Hansson, Wicher


Rezeptor und Ionenkanal bilden einen integrierten Schaltkreis, der auch ohne Umwege ein Duftsignal von außen in einen Reiz umwandeln kann. Vorteil: Duftmoleküle können sicher und schnell wahrgenommen werden – für Leben und Fortpflanzung des Insekts in vielerlei Hinsicht ein evolutionärer Vorteil. (NATURE, Advanced Online Publication, 13. April 2008)

Es ist fast unglaublich, wie sich die winzig kleinen Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) allesamt auf einem einzigen, vielleicht auch nur etwas angefaulten Apfel wiederfinden können. Man selbst hatte weder den Apfel noch die Fliegen zuvor überhaupt bemerkt, erst der zufällige Blick auf ein Regal in der Speisekammer offenbarte dieses Bild. Insekten sind dafür bekannt, mit Hilfe ihrer sensiblen Antennen geringste Konzentrationen bestimmter Moleküle aus der Luft wahrzunehmen. Dabei kann es sich um Sexuallockstoffe (Pheromone) oder um „Nahrungssignale“ handeln. Die Wissenschaftler um Dieter Wicher und Bill Hansson haben sich gefragt, warum im Vergleich zu anderen Tieren gerade Insekten so sicher und sensitiv Duftmoleküle aufspüren können. Schon länger war bekannt, dass die Aminosäure-Sequenz ihrer „odorant receptors“ (OR), obwohl funktionell mit den ORs anderer Tiere verwandt, keine Ähnlichkeit zu diesen hat. Hinzu kam ein weiterer, interessanter Befund: Der Rezeptor Or22a aus der Fruchtfliege ist in Form eines Dimers an ein in Insekten allgegenwärtiges Protein, genannt Or83b, gekoppelt, das strukurelle Ähnlichkeit mit Duftrezeptoren hat. Beide Proteine sitzen, im Vergleich zu anderen Tieren, im Insektennerv „umgedreht“ in der Membran. „Wir konzentrierten unsere Experimente auf die Physiologie dieses Protein-Paares“, so Wicher, „um herauszufinden, wo der Schlüssel zur besonders sensiblen Reizverwertung in Insekten liegt“.

Mit Hilfe der „patch-clamp“ Technik konnten elektrische Ströme im pico-Ampere Bereich (einem billionstel Ampere) gemessen werden. Als Versuchsobjekte dienten Zelllinien, in denen Or22a oder Or83b einzeln oder gemeinsam in die Membran eingebettet vorlagen, nachdem die jeweiligen Gene in den Zellen heterolog exprimiert worden waren. Als Duftmolekül wurde Ethylbutyrat (Etb, Butansäureethylester) verwendet, ein der Ananas ähnlicher Geruchsstoff. Die Experimente zeigten, dass bei hoher Außenkonzentration von Etb das Or22a/Or83b Dimer quasi direkt „durchschaltet“ (Abb. rechts, Pfeil oben), was schnelle Verhaltensreaktionen des Insekts hervorruft. Bei niedrigen Etb Konzentrationen verläuft die Reizweiterleitung biochemisch via G-Proteine und cAMP als Botenstoff, allerdings sehr viel sensitiver verglichen mit anderen Tieren. Hier kommt es also nicht darauf an, dass das Insekt schnell reagiert, aber schon bei Auftreten weniger Signalmoleküle in der Luft beginnen kann, die Nahrungsquelle oder den Geschlechtspartner, je nach Geruchsstoff, sicher anzusteuern.

Die Entschlüsselung der Funktionalität von Geruchszeptoren bei Insekten dient nicht nur der Erkenntnis beispielsweise über die Evolution von Sinnesleistungen bei Tieren, sondern hat auch verlockende technische Anwendungsmöglichkeiten. „Allein schon die experimentelle Methodik, die wir durch diese Versuche entwickelt haben, ist ein wichtiger Teil unseres von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekts „iCHEM“, so Bill Hansson, Direktor am Max-Planck-Institut. In dem Projekt wird eine Art Roboter entwickelt, der geringe Geruchsspuren verschiedenster Art nachweisen soll.

Diese Technik könnte unterschiedlich angewendet werden, von Umweltanalysen bis hin zur Kriminalistik.

Originalveröffentlichung
Drosophila odorant receptors are both ligand-gated and cyclic nucleotide-activated cation channels. Dieter Wicher, Ronny Schäfer, René Bauernfeind, Marcus C. Stensmyr, Regine Heller, Stefan H. Heinemann, Bill S. Hansson. NATURE, Advanced Online First Publication, 13. April 2008, DOI 10.1038/nature06861.
Weitere Informationen:
Prof. Bill S. Hansson, MPI chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena, hansson@ice.mpg.de, Tel.: 03641 571401, Mobil: 0175 4308222
Bildmaterial:
Angela Overmeyer M.A., Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena, Tel.: +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de

Angela Overmeyer | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de

Weitere Berichte zu: Duftmolekül Fruchtfliege Insekt Rezeptor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie