News: Käfer mit bakteriellen Waffen
Wirbellose Tiere enthalten oftmals Substanzen, die vielversprechende therapeutische Eigenschaften besitzen. Max-Planck-Forscher konnten jetzt symbiontische Bakterien aufspüren, die einen bestimmten Wirkstoff produzieren.
© R.L.L. Kellner, Universität Bayreuth (Ausschnitt)
Vieles deutet heute darauf hin, dass die wahren Produzenten von Naturstoffen häufig nicht die Tiere selbst sind, sondern mit ihnen gemeinsam lebende Bakterien. Dafür spricht zum Beispiel, dass diese Naturstoffe bakteriellen Stoffwechselprodukten sehr ähneln oder dass fast identische Naturstoffe in Tieren vorkommen, die nicht miteinander verwandt sind. Ein Beweis dieser bereits vor mehreren Jahrzehnten aufgestellten Symbiontentheorie stand jedoch bisher aus, da alle Versuche fehlschlugen, solche Bakterien zu züchten.
Jörn Piel, Wissenschaftler am Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, ist diesen Bakterien jetzt auf die Spur gekommen. Dazu untersuchte er Antitumor-Wirkstoffe der Pederin-Gruppe, die sowohl in Kurzflügelkäfern der Gattungen Paederus und Paederidus als auch in Meeresschwämmen vorkommen. Die Käfer benutzen Pederin als chemische Waffe, um sich und ihre Nachkommenschaft vor Fraßfeinden wie beispielsweise Spinnen zu schützen. Der Abwehrstoff entsteht nur in den weiblichen Käfern, die ihn während der Eiablage auf das Gelege übertragen. Dadurch schützen sie nicht nur ihre Eier, sondern auch die Larven der nächsten Generation vor Feinden.
Um einen Hinweis auf den tatsächlichen Produzenten des Pederins zu erhalten, suchte Piel in der aus Käfern isolierten DNA nach Genen, die für die Bildung dieses Wirkstoffs verantwortlich sein könnten. Diese Arbeiten führten zur Isolierung eines aus etwa 100 000 Basen bestehenden Genombereichs, der in allen untersuchten Käferarten vorkommt, jedoch nur jeweils in den "Wirkstoff-produzierenden" Weibchen. Dieser Genombereich enthält acht Gene, die für die Pederin-Synthese zu erwarten waren.
Diese Gene gehörten jedoch nicht zum Käfer, wie eine weitere Analyse dieser Genomregion zeigte: Die meisten dieser zusätzlich anwesenden Gene waren denen des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa täuschend ähnlich. "Mit diesem Fund war der Symbiont identifiziert", sagt Piel, "denn ein Pseudomonas-Bakterium in der Mikroflora von Pederin-versprühenden Käfern hatte bereits eine Forschergruppe an der Universität Bayreuth nachgewiesen. Unklar war bis jetzt, ob dieses bisher nichtkultivierbare Bakterium auch tatsächlich der Pederin-Produzent ist."
Der jetzt vorliegende Nachweis, dass derartige Wirkstoff produzierende Bakterien tatsächlich existieren, könnte wichtige Konsequenzen für die Gewinnung von Medikamenten aus niederen Organismen haben. Die Gruppe um Jörn Piel arbeitet zurzeit daran, die Pederin-Gene in ein leicht kultivierbares Bakterium zu übertragen. Ein solches Bakterium könnte dann den gewünschten Wirkstoff in ökologisch nachhaltiger Weise in theoretisch unbegrenzten Mengen herstellen.
Außerdem untersuchen die Forscher momentan, ob es ähnliche symbiontische Bakterien auch in Meeresschwämmen gibt. "Wir gehen davon aus, dass derartige Bakterien bei Meerestieren eher die Regel als die Ausnahme sind," erklärt Jörn Piel. "Der Transfer der Wirkstoff-Gene aus diesen Symbionten in andere, einfach kultivierbare Bakterien könnte deshalb eine allgemein anwendbare Methode sein, um viele marine Arzneimittel-Kandidaten in gewünschter Menge herstellen zu können."
Jörn Piel, Wissenschaftler am Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, ist diesen Bakterien jetzt auf die Spur gekommen. Dazu untersuchte er Antitumor-Wirkstoffe der Pederin-Gruppe, die sowohl in Kurzflügelkäfern der Gattungen Paederus und Paederidus als auch in Meeresschwämmen vorkommen. Die Käfer benutzen Pederin als chemische Waffe, um sich und ihre Nachkommenschaft vor Fraßfeinden wie beispielsweise Spinnen zu schützen. Der Abwehrstoff entsteht nur in den weiblichen Käfern, die ihn während der Eiablage auf das Gelege übertragen. Dadurch schützen sie nicht nur ihre Eier, sondern auch die Larven der nächsten Generation vor Feinden.
Um einen Hinweis auf den tatsächlichen Produzenten des Pederins zu erhalten, suchte Piel in der aus Käfern isolierten DNA nach Genen, die für die Bildung dieses Wirkstoffs verantwortlich sein könnten. Diese Arbeiten führten zur Isolierung eines aus etwa 100 000 Basen bestehenden Genombereichs, der in allen untersuchten Käferarten vorkommt, jedoch nur jeweils in den "Wirkstoff-produzierenden" Weibchen. Dieser Genombereich enthält acht Gene, die für die Pederin-Synthese zu erwarten waren.
Diese Gene gehörten jedoch nicht zum Käfer, wie eine weitere Analyse dieser Genomregion zeigte: Die meisten dieser zusätzlich anwesenden Gene waren denen des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa täuschend ähnlich. "Mit diesem Fund war der Symbiont identifiziert", sagt Piel, "denn ein Pseudomonas-Bakterium in der Mikroflora von Pederin-versprühenden Käfern hatte bereits eine Forschergruppe an der Universität Bayreuth nachgewiesen. Unklar war bis jetzt, ob dieses bisher nichtkultivierbare Bakterium auch tatsächlich der Pederin-Produzent ist."
Der jetzt vorliegende Nachweis, dass derartige Wirkstoff produzierende Bakterien tatsächlich existieren, könnte wichtige Konsequenzen für die Gewinnung von Medikamenten aus niederen Organismen haben. Die Gruppe um Jörn Piel arbeitet zurzeit daran, die Pederin-Gene in ein leicht kultivierbares Bakterium zu übertragen. Ein solches Bakterium könnte dann den gewünschten Wirkstoff in ökologisch nachhaltiger Weise in theoretisch unbegrenzten Mengen herstellen.
Außerdem untersuchen die Forscher momentan, ob es ähnliche symbiontische Bakterien auch in Meeresschwämmen gibt. "Wir gehen davon aus, dass derartige Bakterien bei Meerestieren eher die Regel als die Ausnahme sind," erklärt Jörn Piel. "Der Transfer der Wirkstoff-Gene aus diesen Symbionten in andere, einfach kultivierbare Bakterien könnte deshalb eine allgemein anwendbare Methode sein, um viele marine Arzneimittel-Kandidaten in gewünschter Menge herstellen zu können."
© Max-Planck-Gesellschaft
Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.
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