Worldwide China

Bienenwolf überschreitet NO-Grenzwerte – zum Schutz seiner Brut

Schimmel-Bekämpfung mit Gas

| Autor / Redakteur: Christina Glaser* / Dr. Ilka Ottleben

Ein Bienenwolfweibchen trägt eine gelähmte Honigbiene im Flug zu ihrem Nest.
Ein Bienenwolfweibchen trägt eine gelähmte Honigbiene im Flug zu ihrem Nest. (Bild: © Gudrun Herzner)

Verschimmelte Lebensmittel sind ungenießbar und ob der darin enthaltenen Mykotoxine sogar giftig. Feucht-warme Bedingungen fördern das Wachstum von Schimmelpilzen - das „weiß“ offenbar auch der Bienenwolf. Mit einer erstaunlichen Strategie schützt diese Wespenart Bienen, die als Nahrung für seine Larven dienen, vor dem Verschimmeln. Dazu gasen die Eier lebensfeindliche und jenseits aller Grenzwerte liegende Mengen Stickstoffmonoxid aus. Kann auch die Medizin vom Bienenwolf lernen?

Regensburg – Nahrungsmittel, die unter warmen, feuchten Bedingungen gelagert werden, verschimmeln in kurzer Zeit und werden somit ungenießbar, ja sogar giftig. Um dies zu verhindern, benutzen wir Kühl- und Gefrierschränke sowie verschiedene Konservierungsmethoden. Tiere verfügen nicht über solche technische Hilfsmittel und müssen daher andere Wege finden, um Nahrung haltbar zu machen.

Das gelingt dem Europäischen Bienenwolf, einer Wespenart, bei der die Weibchen Honigbienen jagen. Eine bis fünf Bienen werden in eine Brutzelle gebracht, wo sie als Nahrung für einen jungen Bienenwolf dienen. Da die Nester bevorzugt an sonnenbeschienenen, sandigen Stellen angelegt werden und tief in den Boden reichen, ist es in den Brutzellen warm und feucht.

Verschimmelte Nahrung

Solche Bedingungen fördern die Entwicklung von Bienenwolflarven, begünstigen aber auch das Wachstum von Schimmelpilzen. Tatsächlich verschimmeln Bienen, die im Labor unter solchen Verhältnissen gelagert werden, innerhalb von ein bis drei Tagen. Erstaunlicherweise ist das Schimmelrisiko für Bienen in Bienenwolfnestern aber wesentlich geringer, so dass die meisten Bienenwolflarven ihre acht bis zehn Tage dauernde Entwicklung bis zum Kokonspinnen abschließen können.

Forscher der Universität Regensburg und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (zuvor am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena) fanden nun einen erstaunlichen Mechanismus, den Bienenwölfe im Laufe der Evolution entwickelt haben, um das Verschimmeln der Larvennahrung zu vermeiden.

Auffallender „Schwimmbad“-Geruch bei Bienenwolf-Eiern

„Die Brutzellen von Bienenwölfen riechen kurz nach der Eiablage auffallend nach ‚Schwimmbad‘. Dieser Geruch geht vom Ei selbst aus“, erklärt Prof. Dr. Erhard Strohm, Leiter und einer der Hauptautoren der Studie. Biotests ergaben, dass die Eier ein Gas abgeben, das Schimmelpilze effektiv abtötet.

Die chemische Analyse brachte das überraschende Ergebnis, dass es sich bei dem Gas um Stickstoffmonoxid (NO) handelt. Dieses wird von den Eiern in großen Mengen hergestellt und nach außen abgegeben, wo es mit dem Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2) reagiert.

Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid oberhalb aller Grenzwerte

Dabei übersteigen die ermittelten Konzentrationen an Stickoxiden in den Brutzellen sowohl die maximal zulässigen Arbeitsplatzkonzentrationen von NO und NO2, als auch die EU-Grenzwerte in Städten um ein Vielfaches.

Da NO und NO2 beide sehr reaktionsfreudig sind und eine stark oxidierende Wirkung haben, ist es nicht verwunderlich, dass sie in hohen Konzentrationen Schimmelpilze abtöten. Wie aber können Bienenwolfeier solche Mengen an NO synthetisieren?

Die Forscher vermuten, dass eine entscheidende Voraussetzung für die Evolution dieses Mechanismus war, dass in praktisch allen Lebewesen von Bakterien bis zu Säugern NO eine außerordentlich wichtige Rolle für viele biochemische Prozesse spielt. In niedrigen Dosen fungiert NO aufgrund seiner hohen Diffusions- und Reaktionsfähigkeit als Signalmolekül und ist z. B. an der Einstellung des Blutdrucks sowie an Entwicklungsvorgängen beteiligt. In etwas höheren Konzentrationen wird es von vielen Tieren im Immunsystem eingesetzt, um Krankheitserreger abzutöten. Trotz der enormen Mengen an NO, die von Bienenwolfeiern hergestellt werden, nutzen sie die gleichen Enzyme, NO-Synthasen, die auch bei anderen Organismen verwendet werden. Auch das verantwortliche NO-Synthase-Gen der Bienenwölfe weist keine Besonderheiten auf.

Allerdings konnten die Forscher eine Modifikation bei der Übersetzung des Gens in das Protein entdecken, die möglicherweise entscheidend für die ungewöhnliche hohe Syntheserate von NO in Bienenwolfeiern ist. „Durch sogenanntes alternatives Splicing fehlt dem Enzym in den Bienenwolfeiern ein Abschnitt, der möglicherweise zur Regulation dient. Dadurch könnte die Aktivität des Enzyms erheblich gesteigert werden“, meint Dr. Tobias Engl, der zweite Hauptautor der Studie.

Der Einsatz reaktiver Gase gegen Schimmelpilze ist nicht die einzige erstaunliche Eigenschaft von Bienenwölfen. Eine weitere zeigt dieser Artikel:

Resistenzen unbekannt: Bienenwölfe nutzen seit 68 Millionen Jahren erfolgreich die gleichen Antibiotika

Cocktail aus 45 Antibiotika

Resistenzen unbekannt: Bienenwölfe nutzen seit 68 Millionen Jahren erfolgreich die gleichen Antibiotika

23.03.18 - In der Humanmedizin sind antibiotikaresistente Keime zunehmend ein kaum noch kontrollierbares Problem. Forscher haben nun herausgefunden, dass dagegen Bienenwölfe das Problem der Antibiotika-Resistenzen anscheinend nicht kennen. Sie schützen ihren Nachwuchs mit symbiotischen Bakterien, die einen Antibiotika-Cocktail aus 45 Substanzen bilden. Und das erfolgreich seit 68 Millionen Jahren. Warum können sich resistente Krankheitserreger unter den Bienenwölfen nicht ausbreiten? lesen

Schimmel auf Nahrung mit reaktiven Gasen bekämpfen

Der Einsatz reaktiver Gase zur Bekämpfung von Schimmel auf den Nahrungsvorräten verbesserte das Überleben der Nachkommen der Bienenwölfe erheblich und stellt somit eine evolutionäre Schlüsselerfindung dar. Dieser neuartige Abwehrmechanismus gegen Mikroorganismen ist ein erstaunliches Beispiel dafür, wie im Laufe der Evolution bereits vorhandene Prozesse so abgeändert werden, dass vollkommen neuartige Funktionen entstehen. Die Entdeckung, dass NO als zentrale Komponente der Verteidigung gegen Schimmelpilze wirkt, vervollständigt das Spektrum natürlicher antimikrobieller Verteidigungsstrategien und erweitert unser Wissen über dieses biologisch so wichtige Molekül um eine überraschende und faszinierende Facette.

Therapeutisches Potenzial bei schädlichen NO-Konzentrationen?

Das Erstaunlichste an der Verteidigungsstrategie der Bienenwolfeier ist, dass diese offensichtlich in der Lage sind, die extrem toxischen Bedingungen, die sie selbst produziert haben, zu überleben. Welche Mechanismen die Eier hierfür einsetzen, ist Gegenstand aktueller Studien.

Die Ergebnisse könnten nicht nur für die Grundlagenforschung interessant sein, sondern auch für die Medizin. Denn aufgrund von Krankheiten oder bei Entzündungen kann es zu einer schädlichen Überproduktion von NO kommen. Vielleicht könnten die Mechanismen, die Bienenwolfeier einsetzen, um sich vor NO zu schützen, dabei helfen, neue therapeutische Ansätze zu finden.

Originalpublikation: Erhard Strohm, Gudrun Herzner, Joachim Ruther, Martin Kaltenpoth, Tobias Engl, Nitric oxide radicals are emitted by wasp eggs to kill mold fungi, eLife 2019;8:e43718. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.43718

* C. Glaser: Universität Regensburg, 93053 Regensburg

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45969920 / Bio- & Pharmaanalytik)