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 Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln
24.07.2017 | Universität Potsdam

nachricht Pfade ausleuchten im Fischgehirn
24.07.2017 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

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: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie