Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vitamin-Lieferanten im Wanzendarm

01.12.2014

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben herausgefunden, dass symbiotische Bakterien im Darm der Insekten die fehlenden Vitamine produzieren und somit das Überleben der Wanzen sichern.

Interessanterweise hat die Vitamin-Versorgung durch die Symbionten dabei einen direkten Einfluss auf die Genregulation der Insekten: In Abwesenheit der bakteriellen Helfer leiden die Wanzen unter typischem Vitamin-Mangel.


Europäische Feuerwanze Pyrrhocoris apterus

Martin Kaltenpoth / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie


Afrikanische Baumwollwanze Dysdercus fasciatus

Martin Kaltenpoth / Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Die Symbiose zwischen Wanzen und Bakterien verläuft allerdings nicht unbedingt harmonisch: Wahrscheinlich ernten die Wanzen aktiv die Vitamine aus den Bakterien, indem sie mithilfe von speziellen Enzymen die bakteriellen Zellen aufbrechen.

Mikroorganismen sind für die Ernährung von Insekten von großer Bedeutung. Sie helfen nicht nur dabei, unverdauliche oder giftige Nahrungsbestandteile abzubauen, sie stellen den Insekten auch lebensnotwendige Nährstoffe zu Verfügung.

Die Europäische Feuerwanze und die Afrikanische Baumwollwanze ernähren sich überwiegend von Pflanzensamen, die keine ausreichende Versorgung von B-Vitaminen gewährleisten. Wissenschaftler der Max-Planck-Forschungsgruppe Insektensymbiose am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena haben jetzt zusammen mit Kollegen der Friedrich-Schiller-Universität herausgefunden, dass symbiotische Bakterien im Darm der Insekten die fehlenden Vitamine produzieren und somit das Überleben der Wanzen sichern.

Interessanterweise hat die Vitamin-Versorgung durch die Symbionten dabei einen direkten Einfluss auf die Genregulation der Insekten: In Abwesenheit der bakteriellen Helfer leiden die Wanzen unter typischem Vitamin-Mangel. Die Symbiose zwischen Wanzen und Bakterien verläuft allerdings nicht unbedingt harmonisch: Wahrscheinlich ernten die Wanzen aktiv die Vitamine aus den Bakterien, indem sie mithilfe von speziellen Enzymen die bakteriellen Zellen aufbrechen. (Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, November 2014).

Viele Tiere benötigen für eine ausgewogene Ernährung Nahrungsergänzungsmittel. Feuerwanzen, wie die bei uns heimische Europäische Feuerwanze Pyrrhocoris apterus und der afrikanische Baumwoll-Schädling Dysdercus fasciatus können ihren Vitaminbedarf über die Nahrung allein nicht decken. Ihre Vitaminlieferanten sind symbiotische Bakterien aus der Familie der Coriobacteriaceae in ihrem Darm.

Diese Mikroorganismen leben in der Darmschleimhaut im Mitteldarm der Insekten. Fehlen den Feuerwanzen diese Symbionten, entwickeln sie sich langsamer, produzieren weniger Nachkommen und weisen eine höhere Sterblichkeit auf als ihre Artgenossen mit mikrobiellen Partnern (siehe unsere Pressemitteilung „Feuerwanzen brauchen Symbiose-Bakterien zum Überleben“ - http://www.ice.mpg.de/ext/976.html?&L=1  - vom 9. Januar 2013).

Die Experimente mit den Feuerwanzen zeigen den Forschern aus Jena, dass die Vitamin-B-Versorgung durch bakterielle Symbionten einen wichtigen Aspekt dieser Symbiose darstellt. Ohne ihre Symbionten, aber ausgestattet mit B-Vitaminen aus ihrer künstlichen Nahrung, entwickeln sich Feuerwanzen ähnlich gut wie ihre Artgenossen mit Symbiose-Bakterien. Erhalten die symbiontenfreien Feuerwanzen kein Vitamin B mit ihrer Nahrung, wird allerdings bereits in frühen Entwicklungsstadien eine deutlich höhere Sterblichkeit beobachtet.

Beachtlich ist vor allem der Effekt, den die Abwesenheit der Symbionten auf den Stoffwechsel ihrer Wirte hat. „Bei Vitaminmangel haben die Feuerwanzen ohne Symbionten einen völlig anderen Stoffwechsel. Allerdings kann der natürliche Stoffwechsel durch künstliche Zugabe von B-Vitaminen in der Nahrung oder durch Rückgabe der symbiotischen Bakterien wiederhergestellt werden“, erklärt Hassan Salem, der Erstautor der Studie.

Genetische Analysen der Insekten ergaben, dass bei Abwesenheit der Darmbakterien die Gene, die den Transport von B-Vitaminen und die Aktivierung der Enzyme steuern, hochreguliert werden. Wie die Wissenschaftler herausgefunden haben, werden mehr Proteine gebildet, die für den aktiven Transport der B-Vitamine über die Darmschleimhaut in die Zellen hinein zuständig sind, wenn dem Insekt diese wichtigen Nährstoffe fehlen: So können die Tiere quasi die wenigen vorhanden Vitamine aus dem Darminhalt effektiver „zusammenkratzen“. Wenn die Wanzen die Vitamine durch die Nahrung erhalten oder die Symbiose mit den Bakterien wiederhergestellt wird, normalisiert sich die Aktivität der Gene.

Genaue Analysen der Immunantwort auf die Anwesenheit von bakteriellen Partnern deuten darauf hin, dass Feuerwanzen ihre Symbiose-Partner aktiv „ernten“, indem sie die Zellmembran der bakteriellen Zellen zerstören und die aus den abgestorbenen Zellen frei werdenden Vitamine aufnehmen. Dafür spricht die Aktivität von Genen, die für spezielle antimikrobielle Peptide codieren, insbesondere das Enzym Lysozym.

“Nahrungsergänzung klingt wahrscheinlich viel zu freundlich. Wie die Wirte die Vitamine aus ihren Mikroben ernten, gleicht eher einer Ausbeutung. Trotzdem profitieren die Symbionten wahrscheinlich von der Beherbergung im Wanzendarm und der Weitergabe an die nächste Generation, denn nur ein Teil der Symbionten wird zur Vitamin-Ernte genutzt“, erläutert Hassan Salem.

In den letzten Jahren ist das medizinische Interesse am menschlichen Mikrobiom – also der Gesamtheit der Mikroorganismen, die den Menschen und insbesondere seinen Darm besiedeln - stark gewachsen. Ein erheblicher Einfluss des Mikrobioms auf den Stoffwechsel und das Immunsystem des Menschen steht inzwischen außer Frage. Die genauen Funktionen einzelner Mikroorganismen sowie ihre Wirkung auf die gesamte Physiologie müssen jedoch noch erforscht werden. Untersuchungen an Insekten und deren relativ einfachen und experimentell leicht beinflussbaren Mikrobengemeinschaften können dabei wichtige Hinweise liefern. [HS/MK/AO/HR]

Originalveröffentlichung:
Salem H, Bauer E, Strauss A, Vogel H, Marz M, Kaltenpoth M. (2014) Vitamin supplementation by gut symbionts ensures metabolic homeostasis in an insect host. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 281, 20141838
http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.1838

Weitere Informationen:
Dr. Martin Kaltenpoth, Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Tel. +49 3641 57-1800, E-Mail mkaltenpoth@ice.mpg.de

Kontakt und Bildanfragen
Angela Overmeyer M.A., MPI für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07743 Jena, +49 3641 57-2110, E-Mail overmeyer@ice.mpg.de

Download von hochaufgelösten Fotos über http://www.ice.mpg.de/ext/735.html


Weitere Informationen:

http://www.ice.mpg.de/ext/1174.html?&L=1

Angela Overmeyer | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie