Antibiotika aus „Schutzsymbiosen“ zwischen Insekten und Bakterien

9. März 2015    Nr.4/2015 (138)        
    
Thüringer Forschungspreis 2014 für Grundlagenforschung an Dr. Martin Kaltenpoth verliehen

Der Thüringer Forschungspreisträger 2014 für Grundlagenforschung, Dr. Martin Kaltenpoth vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena. Foto: Norbert Michalke

Der Freistaat Thüringen hat den Leiter der Max-Planck-Forschungsgruppe Insektensymbiosen, Dr. Martin Kaltenpoth, für seine herausragende Leistung in der Kategorie Grundlagenforschung mit dem Thüringer Forschungspreis 2014 ausgezeichnet. Die Verleihung durch den Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft, Wolfgang Tiefensee, erfolgte am 9. März in einer feierlichen Zeremonie im Leibniz-Institut für Phontonische Technologien in Jena. Der Wissenschaftler erforscht Symbiosen zwischen Insekten und ihren symbiontischen Bakterien. Dabei gelang ihm und seiner Arbeitsgruppe unter anderem der Nachweis von antibiotisch wirksamen Substanzen, die in den Antennen und auf dem Kokon von Bienenwölfen von symbiontischen Bakterien produziert werden. Die Insekten nutzen diese Antibiotika, um ihren Nachwuchs vor schädlichen Erregern zu schützen. Martin Kaltenpoths Forschung trägt wesentlich zum Verständnis der Evolution solcher „Schutzsymbiosen“ in der Natur bei. Die Entdeckung und Identifizierung neuer antibiotischer Wirkstoffe in der Natur und deren Wirksamkeit über lange evolutionäre Zeiträume hinweg ist angesichts der zunehmenden Resistenzen gegen herkömmliche Antibiotika auch für die Humanmedizin von großem Interesse.

Der Preisträger

Martin Kaltenpoth leitet seit 2009 die Max-Planck-Forschungsgruppe Insektensymbiosen am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie. Der gebürtige Hagener hat in Würzburg Biologie studiert und dort bei Prof. Dr. Erhard Strohm promoviert. Seit frühester Kindheit begeistert er sich für die Natur und engagierte sich in seiner Schulzeit in der AG Amphibien und Reptilien beim Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. in Hagen. „Da haben wir am Wochenende Tümpel entschlammt oder neu angelegt, das Vorkommen von Fröschen und Molchen kartiert oder Ringelnattern gesucht“, erinnert er sich. Als Schüler nahm er mehrfach erfolgreich am Wettbewerb „Jugend forscht“ teil. Vor wenigen Tagen war er erstmals als Betreuer bei diesem Wettbewerb dabei: Seine Schützlinge belegten prompt den 1. Platz beim Regionalwettbewerb im Fach Biologie. Ihr Thema: Die Symbiose zwischen Käfern und Bakterien am Beispiel eines Getreideschädlings.

Auf die faszinierende Symbiose zwischen Bienenwölfen und ihren Antibiotika produzierenden Bakterien stieß er während seiner Doktorarbeit, als er mit Erhard Strohm und Wolfgang Göttler REM-Bilder der Antennen von Bienenwolfweibchen auswertete und dort bakterielle Zellen identifizieren konnte. „Mich fasziniert, dass durch die Evolution einer Symbiose sprunghaft eine Anpassung des Wirtes an bestimmte ökologische Nischen stattfinden kann, die sonst nicht verfügbar wären. Wie dann zwei völlig verschiedene Organismen eine beiderseitig vorteilhafte Symbiose eingehen und über lange Zeiträume beibehalten, ist für mich ein erstaunliches Phänomen“, beschreibt Martin Kaltenpoth die Begeisterung für sein Forschungsthema.

Martin Kaltenpoth war Stipendiat der Studienstiftung des Deutschen Volkes, seine Forschung wurde unter anderem von der Europäischen Union, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Volkswagen-Stiftung gefördert. Der 37-Jährige, der mehr als 40 Publikationen in renommierten internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht hat, wird im April den Lehrstuhl für Evolutionäre Ökologie an der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz übernehmen.

„Die Auszeichnung mit dem Thüringer Forschungspreis ist eine große Ehre und ein Ansporn für mich, weiter den Geheimnissen der Symbiosen auf den Grund zu gehen. Zu der prämierten Forschung haben viele Leute beigetragen, allen voran Erhard Strohm und seine Mitarbeiter an der Universität Regensburg, Aleš Svatoš und die Forschungsgruppe Massenspektrometrie am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, und natürlich ganz besonders die Mitglieder meiner eigenen Gruppe. Für das ständige Engagement und die Begeisterung meiner Mitarbeiter für die Symbiose-Forschung bin ich sehr dankbar, denn so macht das Forschen einfach Spaß“, freut sich der Preisträger.


Symbiosen mit Bakterien − Wir sind nicht allein


Symbiosen bezeichnen das Zusammenleben verschiedener Arten von Lebewesen. Sie sind in der Natur allgegenwärtig und für das Überleben von Tieren und Pflanzen überaus wichtig. Auch wir Menschen leben in Symbiose mit einer Vielzahl von Mikroorganismen. So ist unsere Darmflora, in der Milliarden von Darmbakterien aus möglicherweise Tausenden verschiedenen Arten leben, ein komplexes mikrobielles Ökosystem. Unsere symbiotischen Bakterien helfen uns, Krankheitserreger abzuwehren, Schadstoffe zu entgiften und Nahrung zu verdauen. Außerdem sind sie für die Versorgung mit lebensnotwendigen Vitaminen zuständig. Auch bei Insekten gibt es solche Bündnisse mit Bakterien. Mit einer besonders faszinierenden Symbiose, der zwischen dem Europäischen Bienenwolf Philanthus triangulum, einer Grabwespenart, und seinen Symbiose-Bakterien, beschäftigt sich die Forschungsgruppe von Martin Kaltenpoth.

Bienenwölfe verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie Honigbienen jagen, mit einem Stich lähmen und als Futter für ihren Nachwuchs in ihre Bruthöhlen bringen. Die Larven, die in den unterirdischen Höhlen aus den von den Bienenwolfweibchen abgelegten Eiern schlüpfen, werden durch zahlreiche Bodenpathogene, wie Schimmelpilze und Bakterien, bedroht. Dass die Brut trotzdem überlebt, verdankt sie der erstaunlichen Allianz mit symbiontischen Bakterien, die die Bienenwolfweibchen in ihren Antennen kultivieren. Die Symbionten sind in einer weißen Substanz enthalten, die die Insekten aus ihren Antennen absondern und damit die Decke ihrer Brutzellen bestreichen. Die Larve nimmt die Symbionten auf und spinnt sie bei der Verpuppung in ihren Kokon mit ein. Dort produzieren die Bakterien einen Cocktail aus über zwanzig verschiedenen Antibiotika. Der Kokon ist also mit Breitband-Wirkstoffen gegen eine große Zahl an Pilzen und bakteriellen Erregern geschützt.


Der Thüringer Forschungspreis

Der Thüringer Forschungspreis wird seit 1995 vom Freistaat Thüringen vergeben und würdigt exzellente Forschungsleistungen aus den Bereichen Grundlagenforschung und Angewandte Forschung, die an die an Hochschulen oder außeruniversitären Einrichtungen im Land Thüringen entstanden sind. Außerdem wird ein  „Transferpreis“ (seit 1999) für herausragende Projekte des Technologie- und Wissenstransfers vergeben. Die Preise werden an einzelne Wissen-schaftlerinnen und Wissenschaftler oder an Forschungsgruppen vergeben und sind mit jeweils 17.500 Euro für Grundlagenforschung und Angewandte Forschung bzw. 15.000 Euro für den Transferpreis dotiert. Mit den Auszeichnungen will der Freistaat die Potenziale des Wissenschaftsstandortes Thüringen der Öffentlichkeit vorstellen.


Das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie


Wechselwirkungen, schädliche wie nützliche, werden durch chemische Signale zwischen Lebewesen vermittelt. Das Institut erforscht die Struktur und Funktion der Moleküle, die das Wechselspiel zwischen Pflanzen, Insekten und Mikroben steuern, und erlangt Erkenntnisse über Entwicklung, Wachstum, Verhalten und Ko-Evolution pflanzlicher und tierischer Arten. Ergebnisse dieser biologischen Grund-lagenforschung werden für Naturstoffanalysen, moderne Umweltforschung und zeitgemäße Agrikulturverfahren genutzt. Das Institut verfügt über Gewächshäuser, Klimakammern, hochmodere spektroskopische, molekularbiologische und mikroskopische Einrichtungen, Insektenzuchtanlagen, Geruchsdetektionssysteme, Windtunnelanlagen, neurophysiologische Analyseverfahren und Freilandstationen. [AO]

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