Bienenwölfe tragen Bakterien auf ihrem Kokon, die einen Schutz gegen schädliche Mikroorganismen garantieren. Sie produzieren einen Cocktail aus gleich neun verschiedenen Antibiotika. Wie Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Chemical Biology“ Online berichten, machen sich die Bienenwölfe damit schon seit Millionen von Jahren ein Prinzip zu Nutze, das in der Humanmedizin als Kombinationsprophylaxe bekannt ist.
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. Aufgrund der feuchtwarmen Bedingungen und der großen Menge an organischem Material im unterirdischen Nest sind sowohl die Nahrungsvorräte als auch die Grabwespenlarven von Krankheitserregern bedroht. Schimmel- und Bakterienbefall können in vielen Fällen zum Tod der Larve führen.
Symbiose mit Bakterien
Bei Bienenwölfen, Grabwespen, die Bienen als Nahrungsmittel jagen, ist im Laufe der Evolution eine elegante Lösung für das Problem des Pilz- und Bakterienbefalls entstanden. Bereits vor einigen Jahren entdeckten Forscher, 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.
Antibiotika auf Kokon-Außenseite
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie 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 gleich neun verschiedene Antibiotika produzieren. Das Besondere dabei: Bei bisherigen Arbeiten konnten solche Antibiotika erst nach Isolation und Kultivierung der Symbionten in künstlichen Nährmedien identifiziert werden. Mithilfe der neuen bildgebenden Massenspektrometrie-Technik (LDI-imaging) konnten die Jenaer Wissenschaftler nun jedoch 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 Svatoš. 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 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.“
(Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, 01.03.2010 – NPO)
