Das Unterdrücken von Insekten, die Krankheiten verbreiten, ist eine wesentliche Anstrengung für die öffentliche Gesundheit, und Wissenschaftler testen ein mögliches neues Instrument, das in diesem herausfordernden Bereich eingesetzt werden kann. Sie machen sich eine Mikrobe zunutze, die in der Lage ist, die Fortpflanzungsprozesse von Insekten zu kontrollieren.
Die als Wolbachia bezeichneten Mikroben leben in den Zellen von etwa zwei Dritteln aller Insektenarten weltweit und können die Fortpflanzungszellen des Wirts auf eine Weise manipulieren, die ihr eigenes Überleben fördert. Wissenschaftler glauben, dass sie die Methoden von Wolbachia verwenden können, um Populationen von Insekten zu reduzieren, die Krankheiten unter Menschen übertragen.
Ein Wechsel zur Fruchtbarkeitskontrolle
Wolbachia hat komplexe Methoden entwickelt, um die Fortpflanzung von Insekten zu kontrollieren, um eine zunehmende Zahl einer Insektenart zu infizieren - wie zum Beispiel die produktiven Krankheitsverbreiter Moskitos. Eine Methode, die Wolbachia verwendet, heißt zytoplasmatische Inkompatibilität oder CI. Das Endergebnis von CI ist im Grunde, dass das Sperma infizierter männlicher Insekten bei nicht infizierten Weibchen Unfruchtbarkeit verursacht.
Wolbachien, die männliche Insekten infiziert haben, können Proteine in das Sperma des Wirts einschleusen, die eine Art Unfruchtbarkeitssch alter erzeugen. Wenn das Spermium später mit einer Eizelle einer nicht infizierten Frau verschmilzt, wird der Sch alter ausgelöst und macht die Eizelle steril. Wenn das Weibchen bereits infiziert ist, enth alten ihre Eier Wolbachia, die den Sch alter aussch alten und dem Ei ermöglichen können, sich zu entwickeln. Dieser Trick stellt sicher, dass mehr Wolbachia-infizierte Insekten überleben und sich weiter vermehren, während nicht infizierte weniger erfolgreich sind.
Einige Staaten und Länder setzen bereits mit Wolbachia infizierte männliche Mücken in wilde Mückenpopulationen ein, die krankheitsverursachende Viren tragen, um diese Strategie zur Insektenbekämpfung zu testen. Männchen, die einen Wolbachia-Stamm tragen, der bei nicht infizierten Weibchen stark zu Unfruchtbarkeit führt, sollten die Anzahl der reifen Mückeneier reduzieren, was zu weniger Mücken führt.
So funktioniert der Sch alter
Wissenschaftler lernen mehr über die Mechanismen hinter CI bei mit Wolbachia infizierten Insekten. Ihr Ziel ist es, noch präzisere Werkzeuge zu entwickeln, um die Übertragung von durch Mücken übertragenen Krankheiten wie Zika und Dengue zu begrenzen.
Forscher der Yale University unter der Leitung von Mark Hochstrasser fanden zum Beispiel ein Genpaar in Wolbachia, das für den Unfruchtbarkeitssch alter verantwortlich zu sein scheint, der von einigen Wolbachia-Stämmen verwendet wird. Ein Gen, cidB, stellt ein Protein her, das ein Stück von anderen Proteinen abschneidet, die für die Entwicklung von Insektenembryos wichtig sind. Diese Veränderung behindert die Funktionsfähigkeit einer Wirtszelle und könnte dazu führen, dass sich eine befruchtete Eizelle nicht mehr entwickelt. Das andere Gen in dem Paar, cidA, produziert ein Protein, das an das von cidB erzeugte Protein bindet und dessen Clipping-Aktivität verhindern kann. Bei infizierten Weibchen kann also Wolbachia in den Eiern cidA einsetzen, um cidB daran zu hindern, sterile Eier zu produzieren.
Die Yale-Wissenschaftler haben auch festgestellt, dass verschiedene Wolbachia-Stämme möglicherweise auf unterschiedliche Unfruchtbarkeitssch alter angewiesen sind. Ein mit einem Stamm infiziertes weibliches Insekt, das sich mit einem mit einem anderen Stamm infizierten Männchen gepaart hat, verfügt möglicherweise nicht über die Gene, die erforderlich sind, um ihre Eier vor der Sterilität zu retten. Die Yale-Wissenschaftler glauben, dass dies auf Mutationen in den Genpaaren zurückzuführen ist, die sich im Laufe der Zeit in Wolbachia aufbauen. Das sind gute Nachrichten für die Insektenbekämpfung: Wolbachia-infizierte Insekten könnten immer noch durch ein Wolbachia-Genset, das einen anderen Unfruchtbarkeitssch alter erzeugt, unfruchtbar gemacht werden.
Ein neues Tool
Um herauszufinden, ob das cidA-cidB-Genpaar wirklich der Schlüssel zu CI ist, testeten die Yale-Wissenschaftler, ob dieses Genpaar bei Insekten, die nicht von Wolbachia infiziert sind, Sterilität verursachen könnte. Mit ausgeklügelten genetischen Techniken erzeugten sie Fruchtfliegen (Drosophila), einen weit verbreiteten Forschungsorganismus, der das Genpaar von Geburt an exprimiert, aber nicht mit Wolbachia infiziert ist. Wenn sich die cidA-cidB-Männchen mit normalen oder Wildtyp-Weibchen paarten, waren die Eier steril. Diese Eier zeigten sogar dieselben Defekte im Zellteilungszyklus, die bei Wolbachia-verursachtem CI auftreten. Die bei Drosophila verwendeten Methoden würden wahrscheinlich auch bei anderen Insekten funktionieren, einschließlich Moskitos.
Die Anwendung der Unfruchtbarkeits-Switch-Strategie von Wolbachia – und möglicherweise der Einsatz der dafür verantwortlichen cidA-cidB-Genpaare – könnte eine wirksame Ergänzung der Bemühungen im Bereich der öffentlichen Gesundheit sein, um krankheitsübertragende Insekten zu kontrollieren, ohne anderen Wildtieren oder Menschen Schaden zuzufügen.
