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Blutsauger haben nicht immer Appetit

Gelbfiebermücken Blutsauger haben nicht immer Appetit

Gelbfiebermücken haben weniger Appetit auf menschliches Blut, wenn man ihnen Stoffe injiziert, die ihr Gehirn nach einer „Blutmahlzeit“ ausschüttet. Das haben Forscher aus Marburg und Skandinavien herausgefunden.

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Gelbfiebermücken stechen mit Vorliebe Menschen (großes Foto). Mithilfe der Massenspektrometrie (kleines Bild) haben Biologen der Uni Marburg zusammen mit Kollegen aus Skandinavien erforscht, was sich im Insektenhirn abspielt.

Quelle: Public Health Image Library/AG Schachtner

Marburg. Gelbfiebermücken können beim Blutsaugen schwerwiegende Infektionskrankheiten übertragen, die in vielen Fällen zum Tod führen können. Die jetzt veröffentlichten Befunde eines europäischen Forschungsteams unter maßgeblicher Marburger Beteiligung zeigen, wie das schädliche Verhalten von Insekten unter Umständen kontrolliert werden könnte. Die Wissenschaftler berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Online-Forschungsmagazins „Plos One“.

Gelbfiebermücken sind Hauptüberträger gefährlicher Krankheiten, unter anderem des Gelbfiebers und des Denguefiebers (siehe „Hintergrund“). Ihre „Blutmahlzeiten“, bei denen sie durch Stiche vor allem beim Menschen Blut zu sich nehmen, sind eine wichtige Voraussetzung dafür, dass die Mückenweibchen die Ei-Entwicklung abschließen können. Beim Blutsaugen können sie aber auch gleichzeitig Krankheitserreger übertragen.  „Die Wirtssuche, die zur Blutmahlzeit führt, beruht hauptsächlich auf Geruchsreizen“, erläutert der Marburger Biologe Professor Joachim Schachtner, dessen Arbeitsgruppe wesentliche Vorarbeiten zu der neuen Veröffentlichung beitrug. Die ersten Verarbeitungszentren für Geruchssignale im Insektengehirn sind die paarigen Antennalloben (Riechzentren). „Diese Hirnregionen haben entscheidenden Anteil an der Steuerung von Verhaltensweisen, die auf Geruchsreizen beruhen“, so Schachtner.

Bekannt war bisher schon, dass sich nach einer Blutmahlzeit das Verhalten der Mückenweibchen verändert. Während sie die vorangegangenen Blutmahlzeit verdauen, fliegen sie weniger und reagieren kaum noch auf Geruchssignale, die von Menschen oder anderen „Wirtstieren“ ausgehen.

Noch keine Blutmahlzeit zu sich genommen

In den Riechzentren der Mücken werden zu dieser Zeit nach Darstellung der Wissenschaftler spezielle Botenstoffe ausgeschüttet, die die Verarbeitung der Geruchsinformationen und damit das Verhalten der Insekten beeinflussen.
„Bisher gab es noch keine Studien, die untersuchen, welchen Effekt die Ausschüttung dieser Neuropeptide in diesen Gehirnregionen auf das Blutsaugverhalten der Mücken haben“, erläutert  Biologe Peter Christ aus der Arbeitsgruppe von Professor Schachtner, der Erstautor der Veröffentlichung.

Die Wissenschaftler nutzten aber nun das Verfahren der Massenspektrometrie, um die Änderungen in der Konzentration mehrerer Neuropeptide nachzuverfolgen. Nachdem die Mückenweibchen Blut gesaugt haben, werden in ihren Riechzentren vor allem die beiden Neuropeptide Allatostatin-A sowie short Neuropeptide F (sNFP und AstA) ausgeschüttet.

Aber wie wirken diese Neuropeptide auf das Verhalten der Insekten? Die Wissenschaftler gingen dieser Frage mit weiteren Experimenten auf den Grund.

Das Team injizierte die beiden Botenstoffe „sNFP“ und „AstA“ in Mücken, die noch keine Blutmahlzeit zu sich genommen hatten und deswegen eigentlich einen starken Hang zeigen sollten, zum nächsten „Wirt“ zu fliegen. Die Verabreichung beider Substanzen schwächte dieses Verhalten ab. Und dieser Effekt wurde sogar noch deutlicher beobachtet, wenn die Forscher den Insekten eine Mischung der zwei Botenstoffe verabreichten. „Dann zeigten die Mücken so gut wie kein Interesse mehr an den menschlichen Geruchssignalen – fast so, als ob sie satt wären“, betont Peter Christ (siehe Artikel unten). Professor Joachim Schachtner lehrt Tierphysiologie am Fachbereich Biologie. Die Studie basiert auf Ergebnissen aus Peter Christs Doktorarbeit, die er zur Hälfte in Schachtners Labor und an der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften angefertigt hat.

Darüber hinaus beteiligten sich Koautoren des Max-Planck-Instituts für Terrestrische Mikrobiologie (Marburg) sowie der Uni Kopenhagen an den Forschungsarbeiten, die durch den Schwedischen Forschungsrat gefördert wurden.

von Manfred Hitzeroth

Mückenstiche im Dienst der Forschung

Die Erforschung des ­Geruchssystems der Gelbfiebermücken ist eine Gemeinschaftsarbeit von Wissenschaftlern aus drei europäischen Staaten.

Bei einer wissenschaftlichen Tagung hatte der Marburger Biologe Professor Joachim Schachtner vor einigen Jahren den schwedischen Wissenschaftler Professor Rickard Ignell kennengelernt. Schnell entdeckten sie gemeinsame Interessen in der Insektenforschung und beschlossen, ein Kooperationsprojekt auf die Beine zu stellen, in dem die Gelbfiebermücken genauer erforscht werden sollten.

Mittlerweile sind als weitere Projektpartner Forscher aus Dänemark hinzugenommen. Die Expertise aus Marburg betrifft vor allem die Erforschung des Riechsystems der Insekten auf Ebene der Neuroanatomie und der Neuropeptide. Die schwedischen Biologen sind auf der Spur des Verhaltens von Insekten, wohingegen die Wissenschaftler aus Dänemark um Frank Hauser Spezialisten auf dem Fachgebiet der Peptidrezeptoren sind; Fachwissen auf allen drei Teilbereichen der Forschung kann mittlerweile der Biologe Peter Christ (29) vorweisen. Nach mehreren Jahren der Mitarbeit in der Arbeitsgruppe von Professor Schachtner ist der gebürtige Siegener mittlerweile nach Schweden gewechselt, wo er ausgehend von den biologischen Erkenntnissen auf molekularer Ebene auch an mehreren Verhaltensexperimenten mit Gelbfiebermücken beteiligt war. Auch für seine inzwischen abgeschlossene Doktorarbeit befasste er sich intensiv mit den Gelbfiebermücken.

Getestet wurde in Schweden anhand von für die Forschung gezüchteten  nichtinfizierten Mücken, ob sich deren Appetit auf eine „Blutmahlzeit“ reduziert, nachdem ihnen spezielle Botenstoffe injiziert werden. Das ging folgendermaßen: Die pro Durchgang jeweils rund 40 Gelbfiebermücken wurden allesamt an einem Ende eines rund drei Meter langen Windkanals platziert. In diesem Windkanal wurden die Mücken den Geruchsstoffen von für sie „attraktiven Wirtstieren“ ausgesetzt – in diesem Fall ausgehend von der Hand eines Forschers.

Nun wurde genau aufgezeichnet, wie sich die Mücken verhielten – ob sie von den Geruchsreizen angezogen waren und in Richtung der Hand flogen oder ob sie sitzen blieben und kein Interesse an den abgesonderten Duftstoffen zeigten. Untersucht wurde das Verhalten von Mücken, denen die beiden Botenstoffe (Neuropeptide) injiziert worden waren. Diese Tiere zeigten ein deutlich vermindertes Interesse an den menschlichen Geruchsstoffen im Vergleich zu Mücken, denen nur eine wirkstofffreie Kontrolllösung injiziert wurde.

In Vorstudien hatten die Forscher im Jahr 2014 von circa 30 verschiedenen Neuropeptiden fünf Peptide ausgewählt, die für eine genauere Analyse erfolgversprechend erschienen. Mithilfe der Methode der Massenspektrometrie wurde genauestens die Menge dieser Peptide in den Riechzentren des Insektengehirns untersucht. Potenziell könnten diese Botenstoffe in der Entwicklung von Methoden zur Mückenabwehr genutzt werden, meinte Schachtner auf OP-Anfrage. Doch bevor diese Umsetzung in eine praktische Anwendung der Forschungsergebnisse erfolgreich passiert, müssten aus Sicht der Forscher noch einige Fragen beantwortet werden. Auf jeden Fall seien vor der Entwicklung eines möglichen Mückenschutzmittels noch umfangreiche Langzeitstudien notwendig. Es müsse noch genauer abgeklärt werden, ob der geringere Appetit der Mücken auf eine Blutmahlzeit wirklich nur auf die vermehrte Konzentration der beiden Neuropeptide zurückzuführen sei. Eine andere Frage wäre auch, wie die eigentlich kurzlebigen Botenstoffe modifiziert werden könnten, so dass eine erhöhte Haltbarkeit und eine Langzeitwirkung erzielt werden können. Außerdem sei zu bedenken, wie Gelbfiebermücken darauf reagieren würden, wenn dieses Mittel großflächig eingesetzt würde. Denn es könne sein, dass die Mücken sich dann anpassen und trotzdem wieder in den „Blutsauger-Modus“ umschalten würden, gibt Schachtner zu bedenken.

von Manfred Hitzeroth

 
Hintergrund

Die Gelbfiebermücke (Aedes aegypti) ist eine drei bis vier Millimeter große, dunkel gefärbte Stechmücke mit weißen Streifen auf den Beinen und einer weißen Zeichnung in Form eine Leier auf dem Halsschild. Sie ist eine Stechmückenart aus den tropischen Gebieten in Südamerika und Afrika, die mittlerweile auch schon in Südspanien, der Türkei und Griechenland verbreitet ist. Gelbfiebermücken sind die hauptsächlichen Überträger von Gelbfieber, Denguefieber, Zikafieber und anderen Viruserkrankungen. Allein an Gelbfieber erkranken laut der Weltgesundheitsorganisation WHO pro Jahr rund 200 000 Menschen, und es gibt rund 30 000 Todesfälle jährlich.

Nach einer Befruchtung saugen die weiblichen Stechmücken Blut, um ihren  Eiweißbedarf für die Produktion der Nachkommen zu decken. Gelbfiebermücken sind hervorragend an das Überleben in menschlicher Umgebung angepasst. Ihr bevorzugtes „Wirtstier“ beim Blutsaugen ist der Mensch. Gestochen werden von den Mücken aber auch andere verfügbare Wirbeltiere. Die Gelbfiebermücken stechen bevorzugt am Tag und in der Dämmerung zu. Meistens fallen diese Stiche zu spät auf, denn in ihren Speichel mischen sie beim Blutsaugen schmerzbetäubende Stoffe. Traditionelle Methoden zur Bekämpfung der Gelbfiebermücken waren bisher Insekten-Netze, die chemische Bekämpfung und die Verminderung potenzieller Brutplätze der Mücken in Wassertanks oder Pfützen.

 
Zur Person

Professor Joachim Schachtner (54, Foto: Thorsten Richter) ist Uni-Vizepräsident an der Philipps-Universität. Er wurde in Deggendorf geboren. Er studierte von 1984 bis 1990 Biologie an der Uni Regensburg. Es folgte seine 1994 abgeschlossene Promotion an der TU München. Seit 1997 ist er als Arbeitsgruppenleiter im Fachgebiet Tierphysiologie an der Uni Marburg tätig. 2006 erfolgte seine Habilitation für Zoologie und Tierphysiologie und seine Ernennung zum außerplanmäßigen Professor. Sein Forschungsschwerpunkt ist Entwicklung, Plastizität und Evolution des Geruchssystems der Insekten.

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