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"Pubertäre" Insekten: Wie sich ihr Wachstum molekular blockieren lässt

19.11.2018
Forscher entdecken Mechanismen der Größenkontrolle von Insekten – Einsatz bei Insektenbekämpfung möglich

Insektenlarven durchleben eine Art Pubertät auf ihrem Weg zum erwachsenen Tier. Hierfür müssen sie vor allem größer und dicker werden. Wissenschaftler der Universitäten Leipzig und Bonn haben am Beispiel von Taufliegen (Drosophila melanogaster) herausgefunden, mit welchen molekularen Prozessen das Größenwachstum der Larven gesteuert wird. Das Protein Obstructor-A dirigiert sowohl die Produktion von Wachstumshormonen, als auch den Aufbau des Chitinpanzers. Letzterer umgibt die Larven wie eine riesige Schutzhülle und begrenzt ihre Körpergröße, macht sie gleichzeitig aber auch nahezu unverwundbar. Die Forschungsergebnisse sind für die gezielte Bekämpfung von Schädlingen und damit zum Erhalt der Biodiversität relevant. Sie wurden gerade im Fachjournal „Developmental Biology“ veröffentlicht.

Für Entwicklungsbiologen dient die Taufliege (Drosophila melanogaster) als Modelltier zur Untersuchung von Genen während der Entwicklung. Die gewonnen Erkenntnisse lassen sich oftmals auch auf andere Insekten übertragen. Wird bei den Fliegen das Gen Obstructor-A weitgehend inaktiviert oder gar eliminiert, bleiben die Larven klein. „Es findet kein Wachstum mehr statt, zudem wird der Chitinpanzer brüchig. Dies führt zur Austrocknung und zu Besiedelung durch Krankheitserreger, weshalb die Tiere schon frühzeitig sterben“, sagt Privatdozent Dr. Matthias Behr vom Institut für Biologie der Universität Leipzig.

Ein einziges Protein reicht aus, um das gesamte Wachstum zu dirigieren

Die Wissenschaftler der Universitäten Leipzig und Bonn gelangten zu völlig neuen Erkenntnissen: Bislang ging man davon aus, dass Moleküle des Chitinpanzers allein für die wehrhafte Außenhaut der Insekten notwendig sind. Nun hat sich aber herausgestellt, dass ein Molekül des Panzers, Obstructor-A, überraschenderweise auch die hormonelle Kontrolle der Insektenlarven übernimmt. Eine kleine ringförmige Drüse auf dem Insektengehirn produziert in regelmäßigen Zeitabständen pulsartig das Wachstumshormon Ecdyson. Obstructor-A sitzt auf der Oberfläche der Drüse und beeinflusst dort wie ein Dirigent das Einwachsen der Nerven, welche die Ecdyson-Produktion stimulieren. Produzieren die Larven größere Mengen dieses Wachstumshormons, stimulieren sie damit das Größenwachstum und fördern den Aufbau des Chitinpanzers. Das Molekül Obstructor-A sorgt wie ein Baustellenmanager dafür, dass die Baustoffe korrekt in den Schutzpanzer eingebaut werden.

Mücken, Fliegen und Flöhe übertragen unangenehme und auch sehr gefährliche Krankheiten. Die Bekämpfung dieser Schädlinge geht jedoch einher mit dem Verlust vieler Nutzinsekten, wie zum Beispiel der Honigbienen. Die jetzt neu entdeckte Doppelfunktion von Obstructor-A bei der Kontrolle des Größenwachstums und dem Aufbau der Insektenschutzhülle ist einzigartig. Weil das Protein in allen Insekten vorkommt, aber je nach Insektenart Unterschiede in seiner Aminosäuresequenz aufweist, bietet es einen interessanten Hebel zur Generierung artspezifischer Insektizide und damit zur gezielten Bekämpfung von Schädlingen.

Originaltitel der Publikation im Fachjournal “Developmental Biology”: "A cell surface protein controls endocrine ring gland morphogenesis and steroid production", https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2018.10.007

Quelle: Pressemitteilung der Universität Leipzig vom 16. November 2018