Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bienenwolf schützt sich mit Antibiotika

01.03.2010
Grabwespen-Larven nutzen Bakterien gegen Infektionen

Grabwespen der Gattung Philanthus, die so genannten Bienenwölfe, beherbergen nützliche Bakterien auf ihrem Kokon, die einen Schutz gegen schädliche Mikroorganismen garantieren.


Mehrere Monate überwintert die Bienenwolf-Larve im Kokon, bevor das ausgewachsene Tier schlüpft. Von Symbionten produzierte Antibiotika auf der Kokonoberfläche gewähren Schutz vor mikrobiellen Schädlingen während der langen Entwicklungsphase. Die Menge der Antibiotika wurde durch bildgebende Massenspektrometrie (LDI-imaging) sichtbar gemacht und in Falschfarben auf den Kokon projiziert. Johannes Kroiß und Martin Kaltenpoth, MPI chemische Ökologie

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena haben nun in Zusammenarbeit mit der Universität Regensburg und dem Jenaer Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung - Hans-Knöll-Institut - herausgefunden, dass die Bakterien der Gattung Streptomyces einen Cocktail aus neun verschiedenen Antibiotika produzieren und damit eindringende Schädlinge abwehren. Mit Hilfe bildgebender Massenspektrometrie konnte in vivo gezeigt werden, dass sich die Antibiotika konzentriert auf der Außenseite des Kokons befinden und diesen so effektiv gegen Infektionen schützen. Der Einsatz verschiedener Antibiotika wiederum verhindert Infektionen einer Vielzahl von pathogenen Mikroorganismen. Somit machen sich Bienenwölfe schon seit Millionen von Jahren ein Prinzip zu Nutze, das in der Humanmedizin als Kombinationsprophylaxe bekannt ist. (Nature Chemical Biology, Advance Online Publication, 28. Februar 2010)

Viele Insekten verbringen einen Teil ihres Lebens im Erdboden und sind dabei dem Risiko einer Pilz- oder Bakterieninfektion ausgesetzt. Dies gilt auch für zahlreiche Grabwespenarten, die ihre Nester im Boden anlegen. Im Gegensatz zu Bienen, die Pollen und Nektar zur Aufzucht ihrer Larven nutzen, jagen Grabwespen Insekten als Nahrung für ihren Nachwuchs. Aufgrund der feuchtwarmen Bedingungen und der großen Menge an organischem Material im unterirdischen Nest sind sowohl die Nahrungsvorräte als auch die Grabwespenlarven selbst von Krankheitserregern bedroht; Schimmel- und Bakterienbefall stellen dabei eine besonders große Gefahr dar und können in vielen Fällen zum Tod der Larve führen.

Symbiose mit Bakterien erhöht Überlebenswahrscheinlichkeit der Larve

Bei Bienenwölfen, also Grabwespen, die Bienen als Nahrungsmittel jagen, ist im Laufe der Evolution eine elegante Lösung für das Problem des Pilz- und Bakterienbefalls entstanden. Martin Kaltenpoth und Kollegen an der Universität Würzburg haben bereits vor einigen Jahren gezeigt, dass die Wölfe eine spezifische Symbiose mit Bakterien der Gattung Streptomyces eingegangen sind. Weibliche Bienenwölfe züchten diese Bakterien in speziellen Drüsen ihrer Antennen und schmieren sie an die Decke ihrer Brutzellen. Die Bienenwolflarven wiederum nehmen die Bakterien auf, spinnen sie in die Seide ihres Kokons ein und erhöhen damit die Überlebenswahrscheinlichkeit der Larven. Bisher war allerdings unklar, wie dieser Schutz zustande kommt.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts um Aleš Svatoš und Martin Kaltenpoth haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Regensburg und des Jenaer Hans-Knöll-Instituts herausgefunden, dass die Symbionten neun verschiedene Antibiotika produzieren. Dabei haben die Forscher die Substanzen erstmals direkt auf dem Bienenwolfkokon, also in der natürlichen Umgebung, nachgewiesen (s. Abbildung). Bei anderen Arbeiten über Schutzsymbiosen konnten Antibiotika erst nach Isolation und Kultivierung der Symbionten in künstlichen Nährmedien identifiziert werden. Mithilfe der neuen bildgebenden Massenspektrometrie-Technik (LDI-imaging) konnten nun die Jenaer Wissenschaftler zeigen, dass die Antibiotika beim Bienenwolf hauptsächlich auf der Außenseite des Kokons vorhanden sind. Dadurch wird das Risiko potenzieller Nebenwirkungen auf die Larve verringert.

Kombipräparat verbreitert das Wirkungsspektrum

In zahlreichen Biotests mit verschiedenen pathogenen Pilzen und Bakterien stellten die Wissenschaftler fest, dass die Bienenwölfe sich somit das Prinzip eines Kombinationspräparats zu Nutze machen: "Durch die kombinierte Behandlung mit Streptochlorin und acht verschiedenen Piericidinen, die wir aus den Kokons isoliert haben, wird ein sehr breites Spektrum an Mikroorganismen bekämpft, was mit den Einzelsubstanzen so nicht möglich wäre. Bienenwölfe haben also mit Hilfe ihrer Symbionten die Kombinationsprophylaxe, die wir aus der Humanmedizin kennen, schon vor Millionen von Jahren evolviert" erläutert Johannes Kroiß, Erstautor der Studie.

Mit ihrer Arbeit betreten die Forscher Neuland: "Erstaunlicherweise weiß man über die ökologische Bedeutung von Antibiotika in ihrer natürlichen Umgebung erst sehr wenig. Mit Hilfe der bildgebenden Massenspektrometrie können wir aber jetzt die natürliche Rolle von antibiotischen Substanzen in der Umwelt besser verstehen", erklärt Aleš Svatoš, Leiter der Abteilung Massenspektrometrie. Gerade für die Erforschung symbiontischer Interaktionen kann diese Technik wertvolle Erkenntnisse liefern. "Wir vermuten, dass Schutz-Symbiosen wie die zwischen Bienenwölfen und Streptomyceten im Tierreich viel weiter verbreitet sind als bislang angenommen", so Martin Kaltenpoth, der seit Januar eine Max-Planck-Forschungsgruppe über Insekten-Bakterien Symbiosen leitet. "Die Untersuchung der Substanzen, die dabei eine Rolle spielen, trägt nicht nur wesentlich zum Verständnis der Evolution solcher Symbiosen bei, sondern könnte auch zur Entdeckung interessanter neuer Wirkstoffe für die Humanmedizin führen." [JK/MK]

Originalveröffentlichung:

Johannes Kroiss, Martin Kaltenpoth, Bernd Schneider, Maria-Gabriele Schwinger, Christian Hertweck, Ravi Kumar Maddula, Erhard Strohm, Aleš Svatoš: Symbiotic streptomycetes provide antibiotic combination prophylaxis for wasp offspring. Nature Chemical Biology, Advance online publication, 28. Februar 2010, DOI 10.1038/nchembio.331

Weitere Informationen:

Dr. Aleš Svatoš, MPI für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena
Tel.: +49 (0)3641/57-1700; svatos@ice.mpg.de
Dr. Martin Kaltenpoth, MPI für chemische Ökologie, Hans-Knöll-Str. 8, 07745 Jena
Tel.: +49 (0)3641/57-1800; mkaltenpoth@ice.mpg.de

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht IGF macht's möglich: Lemgoer Forschungsteam entwickelt neues Verfahren zur Abwehr von Noroviren auf Obst und Gemüse
26.02.2020 | Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.

nachricht Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln
26.02.2020 | Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin

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: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Im Focus: From China to the South Pole: Joining forces to solve the neutrino mass puzzle

Study by Mainz physicists indicates that the next generation of neutrino experiments may well find the answer to one of the most pressing issues in neutrino physics

Among the most exciting challenges in modern physics is the identification of the neutrino mass ordering. Physicists from the Cluster of Excellence PRISMA+ at...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

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

IGF macht's möglich: Lemgoer Forschungsteam entwickelt neues Verfahren zur Abwehr von Noroviren auf Obst und Gemüse

26.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Wege im Kampf gegen die Parkinson-Krankheit: HZDR-Forscher entwickeln Radiotracer für die Differentialdiagnostik

26.02.2020 | Interdisziplinäre Forschung

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