Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Mitgift für den Nachwuchs?

27.05.2009
Insektenweibchen geben Immunreaktionen gegen mögliche Erreger an die nächste Generation weiter

Das Immunsystem von Insekten bildet im Gegensatz zu Säugetieren keine Antikörper, die gezielt gegen Eindringlinge vorgehen. Ihre Abwehrreaktionen beruhen auf Proteinen und Enzymen, die Pilze und Bakterien in Schach halten.


Raupe des Kohlspanners (Trichoplusia ni)
MPI für chemische Ökologie, Heiko Vogel

Sobald fremde Erreger auftreten, wird das Immunsystem von Raupen in einen Alarmzustand versetzt: Gene werden angeschaltet und Abwehrstoffe aktiviert, um den Fremdling zu attackieren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie haben nun herausgefunden, dass Raupen des Kohlspanners diesen Alarmzustand an ihre noch ungeborenen Nachkommen weitergeben. Kaum aus dem Ei geschlüpft, kann sich der Nachwuchs somit gegen Krankheitserreger wehren.

(Proceedings Biological Sciences und Frontiers in Zoology, 2009)

Organismen werden ständig von Tausenden von Bakterien, darunter auch gefährlichen Krankheitskeimen, bedroht - trotzdem sind Krankheit und Siechtum die Ausnahme, der Großteil der Lebewesen erfreut sich bester Gesundheit. Um diesen ökologischen Aspekt der Immunologie zu studieren, sind Insekten geeignete Modellorganismen. Sie sind leichter zu handhaben als Wirbeltiere und weisen meist dieselben Immunantworten auf. Ihre humoralen Abwehrreaktionen, die vor allem Pilze und Bakterien in Schach halten, basieren auf antipathogenen Proteinen und Enzymen, die vor allem in der Leibeshöhlenflüssigkeit (Hämolymphe) der Insekten gebildet werden.

Dalial Freitak vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena hatte beobachtet, dass die Zusammensetzung der Nahrung die Abwehrreaktionen der Insekten deutlich beeinflusste. Sie fütterte Raupen des Kohlspanners mit unterschiedlicher Kost: einmal wurde die Nahrung mit Bakterien angereichert, im anderen Fall handelte es sich um eine künstliche, sterilisierte Diät. "Interessanterweise reicherten jene Raupen, die bakteriell durchsetzte Nahrung bekamen, in ihrer Hämolymphe eine ganze Reihe von antimikrobiellen Proteinen an", beschreibt Freitak ihre Beobachtungen.

Wie aber kommt es zu derartigen Veränderungen? Der Bauplan für Proteine ist im Genom gespeichert, "die mit Bakterien infizierte Nahrung müsste also das Ablesen bestimmter Gene und die Herstellung der entsprechenden Proteine - also die Genexpression - in den Raupen beeinflussen", so die aus Estland stammende Biologin. Tatsächlich fand die junge Doktorandin, dass eine Reihe von Immungenen offenbar auf die bakteriell durchsetzte Nahrung angesprochen hatten: die Produktion von Gloverin, HDD1 und Hämolin war in diesen Raupen hochreguliert; jedoch nicht in jenen, die steril ernährt worden waren. Auch einige Enzymaktivitäten waren in den "immunisierten" Raupen verstärkt, und der Gehalt bestimmter Gen-Transkripte hatte sich ebenfalls deutlich verändert. "Eine interessante Frage für uns war, ob eine solche von außen ausgelöste Immunität an nachfolgende Generationen weitergegeben werden kann", sagt Heiko Vogel, der Leiter der Studie.

Die Max-Planck-Forscher konnten Unterschiede im Genexpressionsmuster nachweisen zwischen jenen Raupen, die aus Eiern von mit Bakterien gefütterten Faltern stammten, und jenen, die aus Eiern von steril ernährten Faltern geschlüpft waren. "Trans-generational priming" nennen die Wissenschaftler dieses Phänomen. Verändert wird dabei nicht nur die Genaktivität, sondern auch Proteinbestand und Enzymreaktionen. "Der Umfang und die Art der Veränderungen in den Nachkommen sind überraschend und darüber hinaus auch sehr komplex", sagt Vogel. Alle Theorien zum trans-generational priming gehen von einem positiven Effekt auf die nachfolgende Generation aus, "unsere Experimente haben aber gezeigt, dass der Zustand der Eltern-Generation nicht 1:1 weitergegeben wird. Es besteht daher auch die Möglichkeit eines negativen Effektes auf die Nachkommen", so der Studienleiter.

Die nächste Frage ist, wie die Signale übertragen werden. David Heckel, Direktor der Abteilung Entomologie, ergänzt: "Wir wissen bisher nicht, wie der Transfer auf die nächste Generation funktioniert." Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten, wie beispielsweise die Übertragung mütterlicher Proteine oder RNA in das Zytoplasma der Eizelle. Auch Änderungen im Methylierungsmuster der DNA, über die das Ablesen von Genen beeinflusst werden kann, sind denkbar. "Damit betreten wir ein sehr modernes Gebiet der Genomforschung, die so genannte 'Epigenetik'", stellt Heckel fest. Die Forscher werden nun beginnen, den Übertragungsmechanismus zu entschlüsseln - und hoffen auf spannende neue Einsichten. [JWK/CB]

Originalveröffentlichungen:

Dalial Freitak, David G. Heckel, Heiko Vogel (2009): Bacterial feeding induces changes in immune-related gene expression and has trans-generational impacts in the cabbage looper (Trichoplusia ni). Frontiers in Zoology, 6:7

Dalial Freitak, David G. Heckel, Heiko Vogel (2009): Dietary-dependent trans-generational immune priming in an insect herbivore. Proceedings of the Royal Society B, doi:10.1098/rspb.2009.0323

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Heiko Vogel
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Tel.: +49 3641 57-1512, Email: hvogel@ice.mpg.de
Bildmaterial:
Angela Overmeyer M.A., MPI chemische Ökologie, Hans-Knöll-Straße 8,
07745 Jena, Tel.: 03641 - 57 2110, overmeyer@ice.mpg.de
Das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie:
Chemische Ökologie ist eine junge Disziplin der Biologie. Wechselwirkungen, schädliche wie nützliche, werden durch chemische Signale zwischen Lebewesen vermittelt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen die Struktur und Funktion der Moleküle, die das Wechselspiel zwischen Pflanzen, Insekten und Mikroben steuern, und erzielen Erkenntnisse über Wachstum, Entwicklung, Verhalten und Ko-Evolution pflanzlicher und tierischer Arten. Ergebnisse dieser biologischen Grundlagenforschung werden für Naturstoffanalysen, moderne Umweltforschung und zeitgemäße Agrikulturverfahren genutzt. Das Institut verfügt über Forschungsgewächshäuser, Klimakammern, Insektenzuchtanlagen, Geruchsdetektions-systeme, Windtunnel, neurophysiologische Analyseverfahren und Freilandstationen. [JWK]

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Studie entschlüsselt neue Diabetes-Gene
22.01.2018 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft
22.01.2018 | Humboldt-Universität zu Berlin

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: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics