Think2 | 11.02.2010 | Drucken | Teilen

Der Schatz der Sechsfüßer

Obwohl viele sich vor Ameisen, Käfer und Co. ekeln, können sich unter dem Chitinpanzer doch ungeahnte Kostbarkeiten verstecken. Frankfurter Forscher begeben sich auf die Suche nach noch unbekannten Naturstoffen und hoffen, neue Wirkstoffe für Medikamente zu finden.
Anne Jäger
Kleine Helfer
© Teresa Koschwitz
Sie krabbeln schon seit über 400 Millionen Jahren durch die Welt, machen mehr als 90 Prozent aller tierischen Lebensformen aus und fühlen sich fast überall auf unserem Planeten heimisch: die Insekten. Bereits der britische Biologe John Burdon Sanderson Haldane war vor einem halben Jahrhundert von der vielfältigen Klasse der sechsbeinigen Gliederfüßer beeindruckt. "Gott hat eine übermäßige Vorliebe für Käfer", soll er auf die Frage geantwortet haben, was die Natur ihn über Gott gelehrt hat.

Unter dem Chitinpanzer…
© Teresa Koschwitz
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Zwar lösen sechs Beine und Chitinpanzer oft Ekel oder Phobien aus und die Krabbeltiere gelten deshalb nicht gerade als beste Freunde des Menschen. Doch bei einigen Forschern haben die Minilebewesen ein anderes Image. Diese erhoffen sich im Gegenteil sogar viel von den oft unerwünschten Erdbewohnern, denn wo Insekten sich wohl fühlen, sind auch Bakterien nicht weit. Und diese produzieren Wirkstoffe, die für den Menschen sehr nützlich sein können.

Evolutionäres Arrangement

Im Laufe der Evolution mussten Insekten einen Weg finden, sich gegen Bakterien durchzusetzen, die bereits in einem früheren Zeitabschnitt die Erde als eine Nische für sich entdeckt hatten. Dabei gab es für die Gliederfüßer mehrere Möglichkeiten, zu überleben: Beispielsweise konnten sie in Symbiose mit den Bakterien harmonieren oder einen Angriffsstoff finden, um die Bakterien zu hemmen.

Ob sie sich bekämpfen, voneinander profitieren oder das Fressen teilen: Die beiden Lebensformen sind nun aufeinander eingestellt. Dazu gehört auch, dass die Bakterien dabei bestimmte Naturstoffe produzieren. Die wiederum können für Pharmakologen interessant sein, wenn sich aus ihnen Medikamente für Menschen herstellen lassen.

Eine andere Form der Symbiose

An der Frankfurter Goethe-Universität forscht Helge Bode an Bakterien, die pathogen auf Insekten wirken. Der Professor für Molekulare Biotechnologie untersucht bestimmte Stoffwechselprodukte, so genannte Sekundärmetabolite, von Xenorhabdus und Photorhabdus – Darmbakterien, die in Fadenwürmern leben. Auch das ist ein klarer Fall von Symbiose: Wurm und Bakterium bilden zusammen einen insektenpathogenen Komplex. Denn gemeinsam töten und fressen sie im Boden lebende Insekten wie etwa Käferlarven.

Indem der Fadenwurm Xenorhabdus und Photorhabdus ausscheidet, infiziert er seine Opfer. Obwohl diese um ein Vielfaches größer sein können als der Wurm, sterben sie innerhalb von zwei bis drei Tagen an den Wirkstoffen der Bakterien. Tot dient das Insekt sowohl dem Fadenwurm als auch seinem Symbionten als Futterquelle.

Der Substanzen-Cocktail schützt vor Mitfressern

Hübsches Opfer
© Monika Tugcu / pixelio.de
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Die todbringende Wirkung der Bakterien entstammt einem Cocktail aus Proteintoxinen wie beispielsweise dem Toxin MCF. Die Abkürzung steht für "Makes Caterpillars Floppy" – auf deutsch: "Macht Raupen schlapp". Durch das Gift verliert die Raupe ihren inneren Druck und stirbt. Doch neben diesen Substanzen produzieren Xenorhabdus und Photorhabdus noch mehr als 20 weitere Stoffe, um zu verhindern, dass sie sich ihre Nahrung mit anderen Bakterien, Pilzen oder Insekten teilen müssen. Dazu zählen unter anderem Antibiotika und Fungizide. Bode hofft, dass unter diesen Wirkstoffen auch solche dabei sind, die humanpathogene Bakterien und Pilze abtöten. Schließlich besäßen die Naturstoffe aus Xenorhabdus und Photorhabdus als natürliche Substanzen bereits jetzt eine biologische Wirksamkeit. Sie sind also im biologischen Kontext erprobt und damit synthetisch hergestellten Substanzen, die keine natürlichen Vorbilder haben, überlegen.

Bode hat noch eine ganz andere Hoffnung: "Wenn Sie eine Substanz haben, die Insektenzellen töten kann, können Sie damit womöglich auch Krebszellen abtöten." Denn Insekten zählen – wie wir auch – zu den Eukaryonten: Ihre Zellen besitzen einen Zellkern und sind den unsrigen daher in ihrer Zellstruktur ähnlich.

Internationales Team erstellt Substanz-Bank

Mit dieser Grundlagenforschung koordiniert Bode ein Projekt mit dem Namen "GameXP". Es wird von der EU gefördert und neben Deutschland beteiligen sich auch England, Vietnam und Thailand. Ziel ist es, noch unbekannte Naturstoffe aus Xenorhabdus und Photorhabdus zu isolieren, eine Substanz-Bank aufzubauen und die Stoffe auf mögliche Wirkungen hin zu testen: So können die Forscher ein Wirkprofil aller Stoffwechselprodukte der Bakterien anlegen und feststellen, ob sich darunter potentielle Antibiotika oder Zytostatika befinden.

Obwohl das Projekt erst seit einem halben Jahr läuft, wissen die Forscher bereits, dass Xenorhabdus und Photorhabdus eine Vielfalt an Stoffen produzieren, um sich ungestört am toten Insekt satt fressen zu können. Das internationale Team aus Wissenschaftlern hat unter anderem festgestellt, dass eine bestimmte Substanzen-Mischung der Bakterien auch einen negativen Effekt auf Amöben hat. Diese gehören zu den einzelligen, eukaryontischen Protisten. Auch der Erreger der Malaria ist ein Protist und so hofft das Team um Bode, diesen eines Tages bekämpfen zu können. "Wir kennen die Substanzen noch nicht, aber wir wissen von ihrer Wirkung", erklärt Bode. Xenorhabdus und Photorhabdus sind indessen nur zwei von unzähligen Bakterien, die pathogen auf Insekten wirken. "Daher scheinen insektenpathogene Bakterien eine neue und reiche Quelle sekundärer Metabolite zu verkörpern, die in Zukunft erforscht werden muss", appellierte er im vergangenen Jahr im Fachjournal "Current Opinion in Chemical Biology".

Geschickte Gärtner

Diese Ameisen sind gute Gärtner…
© Acrocynus / CC-by-SA-3.0
CC BY-SA
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Auch die Forschungsgruppe um Dieter Spiteller vom Jenaer Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie gewann bei ihrer Arbeit mit Insekten eine wichtige Erkenntnis. Im Jahr 2008 hatten sie Blattschneiderameisen der Art Acromyrmex octospinosus untersucht, die einen Pilz als Futterquelle kultivieren. Sie füttern ihn dazu nicht nur mit Blättern, sondern beschützen ihn auch vor Ecovopsis, einer pathogenen Pilz-Gattung. Bestimmte Bakterien nämlich, die in Symbiose mit den Ameisen leben, produzieren Ecovopsis-hemmende Stoffe. Die Forschungsarbeit von Spiteller zeigte nun, dass alle drei Arten existierender Blattschneiderameisen mit mindestens einer Bakterienkultur in Symbiose leben, die Candicidin herstellt. Dieses hemmt den störenden Pilz, beeinträchtigt aber nicht das Wachstum des Kulturpilzes. Candicidine werden bereits klinisch gegen humanpathogene Pilzarten eingesetzt. Das heißt, wir Menschen bedienen uns eines Prinzips, dass die Ameisen schon vor vielen Millionen Jahren erfunden haben.

Das Geheimnis der Ameisen

Die Symbiosen zwischen Insekten und Bakterien bestehen schon unvorstellbar lange – sehr viel länger als es den Homo sapiens gibt. Trotzdem entwickeln sich keine Resistenzen: Obwohl die Blattschneiderameise schon sehr lange ihren Futterpilz kultiviert, hat der pathogene Pilz, vor dem sie ihre Futterquelle schützt, keine Resistenz gegen die Hemmstoffe entwickelt. "Wie das funktioniert, das wissen wir auch nicht", sagt Bode, "doch die Vermutung liegt nahe, dass die Ameise den Schadpilz nicht ausrottet, sondern nur kurzhält." Doch wie genau funktioniert das? Welche Faktoren spielen dabei die entscheidenden Rollen? "Wenn wir das verstanden haben", schwärmt Bode, "können wir eine ganz neue Art von Antibiotikatherapien starten." Doch diese Funktionsweise ausfindig zu machen, fügt er seufzend hinzu, sei wie die Suche nach dem heiligen Gral. Bleibt die Hoffnung, dass die Geschichte vom Schatz der Sechsfüßer eine andere Wendung nimmt.

Anne Jäger studiert Wissenschaftsjournalismus an der Hochschule Darmstadt und konnte diesen Artikel nur schreiben, weil ihre Phobie gegen Krabbeltiere erst ab acht Beinen in Kraft tritt.
  • GameXP
    Das internationale Forschungsprojekt "GameXP" untersucht Naturstoffe aus Xenorhabdus und Photorhabdus und wird von der EU gefördert.
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