Käfer mit bakteriellen Waffen

Jenaer Max-Planck-Wissenschaftler identifizieren Bakterien, die in Symbiose mit Käfern therapeutisch interessante Wirkstoffe produzieren

Wirbellose Tiere wie Schwämme, Korallen und Manteltierchen enthalten oftmals Substanzen, die vielversprechende therapeutische Eigenschaften besitzen. Viele dieser Naturstoffe gelten bereits heute als mögliche Medikamente der Zukunft im Kampf gegen Krebs und Infektionskrankheiten, lassen sich aber nur selten in größeren Mengen gewinnen. Jörn Piel vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena ist es jetzt gelungen, den Produzenten des Wirkstoffs Pederin in Käfern der Gattung Paederus auf die Spur zu kommen (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, online edition, 14. Oktober 2002). Dieser Fund könnte neue Perspektiven eröffnen, um tierische Wirkstoffe auf ökologisch nachhaltige Weise zu produzieren.

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 Käfern 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 wird nur in den weiblichen Käfern gebildet und bei der Eiablage auf das Gelege übertragen. Dadurch werden nicht nur die Eier, sondern auch die Larven der nächsten Generation vor Feinden geschützt.

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 100 Kilobasen großen 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. Dass diese Gene nicht zum Käfer gehörten, zeigte eine weitere Analyse dieser Genomregion: Die meisten dieser zusätzlich anwesenden Gene waren denen des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa täuschend ähnlich. „Mit diesem Fund war der Symbiont identifiziert,“ sagt Jörn 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 zur Zeit 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.“

Kontakt:

Dr. Caroline Liepert
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
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