Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Insektizid-Resistenz durch Neukombination zweier Gene

12.09.2012
Enzym macht Raupen des Baumwollkapselwurms resistent gegen Pyrethoide

Eine weltweit unerwünschte und meist plötzlich auftretende Bedrohung sind gegen Pflanzenschutzmittel resistente Schadinsekten. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben die Ursache für die starke Resistenz eines australischen Stammes des Baumwollkapselwurms (Helicoverpa armigera) gegen Fenvalerat gefunden.


Falter (Männchen) des weltweit gefährlichen Baumwollkapselwurms Helicoverpa armigera

MPI für chemische Ökologie/Joußen

Die Raupen besitzen ein neuartiges Enzym aus der Gruppe sogenannter P450-Monooxygenasen, das in einer einzigen chemischen Reaktion das Fenvalerat entgiftet. Das enzymkodierende Gen ist eine Chimäre − kombiniert aus Teilen zweier Vorläufergene.

Helicoverpa armigera: ein weltweit auftretender Vielfraß

Die Raupen des Baumwollkapselwurms sind auf der ganzen Welt gefürchtete Schädlinge. Sie haben ein enorm breites Wirtsspektrum: Rund 200 verschiedene Pflanzenarten sind bekannt, die den Raupen als Nahrung zum Opfer fallen können. Das Insekt zählt zu den am weitesten verbreiteten Schädlingen. In Afrika, Südeuropa, Indien, Zentralasien, Neuseeland und Australien befällt der Pflanzenfresser verschiedene Kulturen. Fast 30% aller weltweit sich im Einsatz befindenden Insektizide, Bt-Toxine genauso wie Pyrethroide, werden jährlich gegen den Kapselwurm gerichtet.

Resistenzen gegen Pyrethroide

Pyrethroide sind synthetische Wirkstoffe, die auf Verbindungen des in Wucherblumen (Tanacetum) vorkommenden Insektengifts Pyrethrum basieren. Sie werden erfolgreich seit Jahrzehnten im Obst-, Gemüse- und Ackerbau eingesetzt. Resistenzbildungen des Baumwollkapselwurms gegen das besonders effektive Pyrethroid Fenvalerat werden in Australien schon seit 1983 beobachtet. David Heckel, seit 2004 Direktor am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, hatte 1998 das Gen für eine P450-Monooxygenase im Erbgut der Insekten identifiziert. Solche Enzyme sind auch in der Medizin dafür bekannt, dass sie Giftstoffe oder Pharmazeutika wirkungslos machen können.

Nicole Joußen, Wissenschaftlerin am Institut und Spezialistin für P450-Enzyme, hat sich dem Fenvalerat resistenten Stamm „TWB“ von Helicoverpa armigera gewidmet. Sie konnte auch in diesem Stamm diejenige P450-Monooxygenase identifizieren, die im Verdacht stand, die Pyrethroid-Resistenz hervorzurufen. Dabei fand sie heraus, dass von insgesamt sieben P450-Enzymen nur dasjenige mit der Bezeichnung CYP337B3 die Fenvalerat-Moleküle in 4‘-Hydroxyfenvalerat umbaut. Die resistenten TWB-Raupen vertragen deshalb 42-mal mehr Fenvalerat als nichtresistente Tiere. Die Wissenschaftlerin stellte zudem fest, dass auch der in Deutschland zugelassene und vorzugsweise gegen Blattlaus- und Käferbefall eingesetzte Wirkstoff Esfenvalerat von CYP337B3 unschädlich gemacht wird.

Inäquales Crossing Over führte zur Entstehung des CYP337B3-Gens

CYP337B3 ist auf eine besondere Art und Weise in den resistenten TWB-Raupen entstanden: durch einen Prozess, den Genetiker „Inäquales Crossing Over“ nennen. Treten im Verlauf der Teilung von Zellkernen sehr ähnliche DNA-Sequenzen, wie etwa sich naheliegende Transposons, miteinander in Kontakt, führt dies zu neuartigen Genkombinationen. Dabei gehen auf einem DNA-Strang genetische Informationen verloren und auf dem anderen kommt es zu einer Neueinfügung oder gar Verdopplung der genetischen Botschaften. Dieser natürliche Vorgang ist bedeutend in der Evolution von Genfamilien − so wie jetzt auch im Fall des P450-Monooxygenase-Gens CYP337B3 im TWB-Stamm des Baumwollkapselwurms beobachtet. „Mit diesem Ergebnis wurde erstmals eine gegen ein Insektizid resistenzvermittelnde Mutation aufgedeckt, die durch ein solches Crossing Over-Ereignis entstanden ist“, so David Heckel. Die Wissenschaftler entdeckten, dass sich CYP337B3 aus Teilen der für die Landwirtschaft „ungefährlichen“ Gene B1 und B2 zusammensetzt. Auch Transposon-Sequenzen wurden ermittelt. Diese spezielle Kombination aus Teilen der Vorläufergene B1 und B2 im chimären B3-Gen ist für die Fähigkeit des daraus resultierenden P450-Enzyms verantwortlich, das Insektizid zu binden, zu hydroxylieren und so zu entgiften.
Resistenzen gegen Pflanzenschutzmittel sind ein natürlicher Vorgang, der nicht gestoppt, jedoch durch sinnvollen Einsatz von Wirkstoffen oder anderen pflanzenschützenden Maßnahmen begrenzt werden kann. Dazu gehören eine ausreichende, aber nicht zu hohe Dosierung der Spritzmittel und die konsekutive Verwendung unterschiedlicher Wirkstoffe genauso wie gut aufeinander abgestimmte Fruchtfolgen - also Maßnahmen, die den Selektionsdruck auf einen Schädling nicht derart steigern, dass resistente Abkömmlinge sich ungehindert vermehren können. Die Resistenz von Helicoverpa armigera konnte in Australien durch Beschränkung des Einsatzes von Pyrethroiden auf einmal pro Jahr und durch Sprühen anderer Insektizide verzögert werden. Im Gegensatz dazu sind Pyrethroide in baumwollproduzierenden Ländern, in denen das Mittel im Übermaß und unkontrolliert eingesetzt worden war, inzwischen gegen den Schädling unwirksam geworden. [JWK]

Originalveröffentlichung:

Nicole Joußen, Sara Agnolet, Sybille Lorenz, Sebastian E. Schöne, Renate Ellinger, Bernd Schneider, David G. Heckel (2012). Resistance of Australian Helicoverpa armigera to fenvalerate is due to the chimeric P450 enzyme CYP337B3. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Early Edition, 4. September 2012. DOI: 10.1073/pnas.1202047109.

Weitere Informationen von:

Dr. Nicole Joußen, njoussen@ice.mpg.de, +49-(0)3641-57 1552

Prof. Dr. David G. Heckel, heckel@ice.mpg.de, +49-(0)3641-57 1501

Bildmaterial:

Angela Overmeyer M.A., +49 3641 57-2110, overmeyer@ice.mpg.de oder via http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Dr. Jan-Wolfhard Kellmann | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ice.mpg.de
http://www.ice.mpg.de/ext/735.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Gleichgewichtsorgan der Hörnchen unterscheidet sich je nach Bewegungsart
27.05.2015 | Universität Wien

nachricht Pilz aus Europa tötet Millionen Fledermäuse in Nordamerika
27.05.2015 | Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

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: Szenario 2050: Ein Wurmloch in Big Apple

Andy ist Physiker und wohnt in New York. Obwohl er schon seit fünf Jahren im Big Apple arbeitet, ist ihm die Stadt immer noch fremd – zu laut, zu hektisch, zu schmutzig. Wie soll das in Zukunft weitergehen? Die Antwort erfährt er prompt – und am eigenen Leib.

„New York – die Stadt, die niemals schläft.“ Lieber Franky Boy Sinatra, ich bin ganz bei Dir. Schon 1977 hattest du mit deinem Song ganz recht. Einen wichtigen...

Im Focus: Auf der Suche nach Leben in ausserirdischen Ozeanen

Grosse Ehre für Nicolas Thomas von der Universität Bern: Der Forscher wurde zum Mitglied des Kamerateams der NASA-Mission «Europa Clipper» ernannt. Mit ihrer Hilfe soll die Frage beantwortet werden, ob es in den Ozeanen des Jupiter-Mondes «Europa» Leben gibt.

Gibt es Leben im All? Antworten auf diese Frage erhofft sich die US-Weltraumbehörde NASA von der Mission «Europa Clipper». Das Ziel der in der Planungsphase...

Im Focus: Neue Perspektiven für das Laserstrahlschweißen von Bauteilen aus Aluminium-Druckguss

Das Fraunhofer IWS Dresden hat ein neues Verfahren zum Schweißen von Bauteilen aus Aluminium-Druckguss entwickelt und gemeinsam mit einem Industriepartner in die Serie überführt. Mit Hilfe brillanter Laserstrahlung und hochfrequenter Strahloszillation konnte erstmals eine Schweißverbindung erzeugt werden, die sich durch eine äußerst geringe Porenhäufigkeit im Schweißgut auszeichnet. Darüber hinaus ist der Bauteilverzug durch die konzentrierte, lokal begrenzte Wärmeeinbringung kaum noch messbar. Mit dem herkömmlichen Laserstrahlschweißen ist diese Qualität nicht realisierbar.

Wegen der hervorragenden Gießbarkeit und der Möglichkeit einer komplexen Formgebung wird Aluminium-Druckguss im Automobilbau vielfältig genutzt, insbesondere...

Im Focus: Advance in regenerative medicine

The only professorship in Germany to date, one master's programme, one laboratory with worldwide unique equipment and the corresponding research results: The University of Würzburg is leading in the field of biofabrication.

Paul Dalton is presently the only professor of biofabrication in Germany. About a year ago, the Australian researcher relocated to the Würzburg department for...

Im Focus: Eine Bremse gegen epileptische Anfälle in Nervenzellen

In jedem Augenblick werden an Billiarden Synapsen unseres Gehirns chemische Signale erzeugt, die einzelnen Nervenzellen feuern dabei bis zu 1000 mal in der Sekunde. Wie ihnen diese Höchstleistung gelingt ohne dabei epileptische Anfälle zu erzeugen, haben Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin nun ein Stück weit aufgeklärt. Das Ergebnis könnte zu einem besseren Verständnis nicht nur der Epilepsie, sondern auch anderer neurologischer Erkrankungen wie der Alzheimerschen Krankheit beitragen.

Mit jedem elektrischen Impuls schüttet eine Nervenzelle Neurotransmitter in den synaptischen Spalt aus und trägt so das Signal weiter. Sie hält dafür einen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kaba Days in Bingen und Friedrichshafen: Ganzheitliche Sicherheit im Blick

27.05.2015 | Veranstaltungen

Stadtgesellschaft 2025 – Gemeinsam statt gegeneinander?!

27.05.2015 | Veranstaltungen

Schweigen ist Silber, Diskutieren ist Gold

26.05.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Datenleck in Apps bedroht Millionen von Nutzern

27.05.2015 | Informationstechnologie

Ergänzendes Behandlungsverfahren bei Brustkrebs: Haare bleiben trotz Chemotherapie

27.05.2015 | Medizin Gesundheit

Kompakte Elektronik für Motoren

27.05.2015 | Energie und Elektrotechnik