Wie Fruchtfliegen CO2 erkennen

Mücken auf der Suche nach Blut oder Fruchtfliegen auf der Suche nach einem Ort für die Eiablage orientieren sich unter anderem mithilfe von CO2, das bei der Atmung oder im Gärprozess entsteht. In Mücken wurde bereits ein Komplex aus unterschiedlichen Geruchsrezeptoren gefunden, der CO2 wahrnehmen kann. Forschende der Ruhr-Universität Bochum zeigten nun, dass auch einzelne Rezeptoren aus Fruchtfliegen CO2 detektieren können. Darüber hinaus identifizierten sie Moleküle, die die CO2-Rezeptoren blockierten.

Paul Ziemba (links) und Klemens Störtkuhl haben die Rezeptoren der Fruchtfliege genau untersucht. © RUB, Kramer

Das Team um Dr. Paul Ziemba, Alina Mück und Prof. Dr. Klemens Störtkuhl von der Arbeitsgruppe Sinnesphysiologie berichtet über die Ergebnisse in der Zeitschrift PLOS ONE, online erschienen am 29. Dezember 2023.

Rezeptoren detektieren CO2 auch einzeln

In Stechmücken ist ein Proteinkomplex, der unter anderem die Rezeptoren Gr21a und Gr63a beinhaltet, für die CO2-Wahrnehmung verantwortlich. Unklar war jedoch, ob CO2 direkt an die Rezeptoren bindet oder ob die CO2-Empfindlichkeit durch das Zusammenspiel mit anderen Proteinen entsteht. Das wollte das Bochumer Team herausfinden. Dazu nutzten die Forschenden ein seit vielen Jahren an der Ruhr-Universität etabliertes Messsystem. Es erlaubt, einzelne Rezeptoren tierversuchsfrei zu untersuchen und schnell auf verschiedene Geruchssubstanzen zu screenen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler injizierten die isolierten Rezeptoren in Eizellen von Fröschen. Mit elektrophysiologischen Messungen erfassten sie die Antwort der Rezeptoren, wenn diese mit CO2 in Kontakt kamen. So wiesen sie nach, dass Gr21a und Gr63a das Molekül CO2 direkt wahrnehmen können, wenn auch etwas schlechter als eingebettet in einen Proteinkomplex.

Citronellol blockiert Rezeptoren

Außerdem testete das Team eine Reihe von möglichen Rezeptorblockern. Neben bereits bekannten Blockern fanden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler heraus, dass die Substanz Citronellol die CO2-Wahrnehmung der Rezeptoren Gr21a und Gr63a unterdrückt. „Citronellol kommt in manchen Anti-Insektenmitteln vor“, erklärt Störtkuhl. „Es könnte dazu führen, dass man quasi unsichtbar für Mücken wird.“

Biosensor in Arbeit

Die neuen Erkenntnisse sollen in die Entwicklung eines CO2-Biosensors einfließen, an der das Bochumer Team in Kooperation mit dem Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme in Stuttgart forscht. „Damit wollen wir CO2 in flüssigen Medien nachweisen können, was bislang nicht möglich ist“, so Störtkuhl. CO2-Sensoren werden beispielsweise auf der Internationalen Raumstation benötigt, wo sie möglichst wenig Energie verbrauchen dürfen. Da physikalische Messverfahren energetisch ungünstig sind, könnte ein Biosensor von Vorteil sein. Auch andere flüchtige Substanzen sollen künftig mit dem Sensor detektiert werden können.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Klemens Störtkuhl
Arbeitsgruppe Sinnesphysiologie
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 25838
E-Mail: klemens.stoertkuhl@ruhr-uni-bochum.de

Originalpublikation:

Paul M. Ziemba, Alina Mueck, Günter Gisselmann, Klemens F. Stoertkuhl: Functional Expression and Ligand Identification of Homo- and Heteromeric Drosophila melanogaster CO2 Receptors in the Xenopus laevis Oocyte System, in: PLOS ONE, 2024, DOI: 10.1371/journal.pone.0295404

https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2024-01-12-biologie-wie-fruchtfliegen-co2-erkennen