Anti-Mückenmittel machen Insekten orientierungslos

Gelbfiebermücke (Aedes aegypti) sticht in menschliche Haut. Copyright: Rickard Ignell, SLU Alnarp, Schweden

22. September 2011    Nr. 7/2011 (91)

Der Wirkstoff DEET verfälscht die Signalstärken ihrer Antennen

DEET wird schon seit Jahrzehnten gegen verschiedene stechende und beißende Insekten erfolgreich eingesetzt. Wissenschaftler der Rockefeller Universität, New York, in Kooperation mit dem Max Planck Institut für chemische Ökologie, Jena, sind jetzt der Wirkungsweise von DEET (N,N-diethyl-meta-toluamide) auf die Spur gekommen. Der Stoff ist nämlich nicht, wie lange vermutet, ein Blockierer von anlockenden Duftsignalen blutspendender Säugetiere, und er löst auch nicht ein aktives Fluchtverhalten von Mücken oder Fruchtfliegen aus. Seinen Siegeszug als Antimückenmittel konnte er antreten, weil er die Nervensignale von Geruchsrezeptoren unterschiedlicher Insektenarten individuell moduliert. Diese als odorant receptors (OR) bezeichneten Proteine dienen der Wahrnehmung von speziellen Duftsignalen, an denen die Insekten ihren Wirt oder ihre Nahrungsquelle erkennen und gezielt dorthin fliegen. DEET verstärkt oder schwächt die durch einen Duftstoff ausgelösten Nervensignale je nach Art des Rezeptors und des stimulierenden Duftstoffes – mit der Folge, dass die Tiere die Orientierung verlieren. (NATURE, ahead of print publication, DOI 10.1038/nature10438)

 

Seit 1946 im Einsatz

Mit der jetzt in NATURE erschienenen Arbeit aus der Gruppe um die Neurobiologin Leslie Vosshall von der Rockefeller University, USA, konnte ein jahrzehntelanger wissenschaftlicher Diskurs auf diplomatischem Wege aufgeklärt werden. DEET, im Jahr 1946 als wirksames Mittel gegen Mückenstiche entwickelt und seitdem im weltweiten Einsatz, wirkt nämlich weder als Reizblocker noch als aktives „repellent“ (Abwehrstoff): Der für uns Menschen schwach riechende Stoff ist für Insekten ein „confusant“ – ein Verwirrstoff. In Kooperation mit Bill Hansson und Marcus Stensmyr vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, die die Duftstoffanalytik durchgeführt haben, konnten die Wissenschaftler den Wirkmechanismus von DEET mittels moderner neuro-,  molekularbiologischer und chemischer Verfahren aufklären.


Ein Nerv, ein Rezeptor

Für ihre Experimente kam den Forschern die Anatomie des Geruchsapparats ein Stück weit entgegen. Die Antennen des Versuchsobjekts Drosophila melanogaster (Fruchtfliege) besitzen in ihren Riechhärchen (Sensillen) spezifische Geruchsrezeptoren (ORs), die sich in der Zellmembran eines dazugehörigen Nervs (olfactory sensory neuron – OSN) befinden. Mindestens zwei solcher OSNs sind in einem Sensillum verborgen. In den Versuchen wurden die elektrischen Signale je eines OSN gleichzeitig aufgenommen und miteinander verglichen. Bei Zugabe eines ausgesuchten Duftstoffs, beispielsweise Linalool, wurde dann festgestellt, dass DEET einen stimulierenden Effekt auf das OSN mit dem Rezeptor Or59b und parallel einen inhibierenden Effekt auf das OSN mit dem Rezeptor Or85a hatte. Insgesamt wurden die Reaktionen von vier OSNs auf zehn verschiedene Duftstoffe verglichen. Alle Nerven reagierten, und dies sogar abhängig von der Konzentration der Gerüche in der Umgebung, bis auf drei Ausnahmen unterschiedlich im Beisein von DEET. In Abwesenheit eines Duftstoffes wirkte DEET hingegen so gut wie gar nicht. Der Stoff verändert somit die "mentale Duftkodierung" der Tiere, die demzufolge nicht mehr gezielt, sondern verwirrt reagieren. 


Natürliche Variabilität der Duftrezeptoren könnte der Grund für das breite Wirkspektrum von DEET gegen verschiedenste Insektenarten sein

Um den Wirkmechanismus von DEET zu entschlüsseln, wurde der Rezeptor Or59b genauer analysiert. Die Duftreaktionen von 18 an verschiedenen Orten der Welt gesammelten Fruchtfliegen wurden miteinander verglichen und zeigten ähnliche Ergebnisse wie der Laborstamm - bis auf einen Stamm aus Brasilien, der sich als insensitiv gegen DEET herausstellte und gegenüber bestimmten Düften andere Aktivierungsmuster zeigte. Das Or59b kodierende Gen aus dem südamerikanischen Stamm wurde daraufhin mit dem Gen des Laborstammes verglichen und zeigte mehrere Abweichungen in den abgeleiteten Aminosäuresequenzen. Die individuelle Untersuchung der einzelnen Aminosäureaustausche unter Einsatz von transgenen Fruchtfliegen zeigte, dass schon eine Veränderung von Valin nach Alanin im brasilianischen Stamm ausreichte, um die DEET Wirkung aufzuheben - ein Beweis, dass der Stoff direkt mit einem OR interagiert und nicht mit ebenfalls im Rezeptorkomplex vorhandenen konservierten Untereinheiten wie beispielsweise Orco (olfactory receptor coreceptor). Weil das Repertoire an unterschiedlichen ORs in verschiedenen Insektenarten und deren Ökotypen groß ist, könnte hierin der Grund für das enorm breite Wirk- und Wirtsspektrum von DEET liegen. [JWK]

 

Originalveröffentlichung:
Maurizio Pellegrino, Nicole Steinbach, Marcus C. Stensmyr, Bill S. Hansson, Leslie B. Vosshall: A natural polymorphism alters odour and DEET sensitivity in an insect odorant receptor. NATURE, ahead of print publication, DOI 10.1038/nature10438

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10438.html

 


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