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Insekten in der medizinischen Forschung

PlayAsiatischer Marienkäfer
Insekten in der medizinischen Forschung | Video verfügbar bis 11.07.2025 | Bild: NDR

Die rötlich-braunen Reismehlkäfer sind nur circa zwei Millimeter groß, aber sie kommen nicht alleine und der Schaden, den sie anrichten ist gigantisch. Die Parasiten fressen nahezu alles was eine Speisekammer an pflanzlichen Produkten zu bieten hat: Mehl aller Getreidearten, Erbsen, Bohnen, Rosinen, Kakao, Sonnenblumenkernen oder Erdnüsse. Da die Insekten ihre Eier in die Nahrungsmittel legen und ihre wurmartigen Larven sich später ebenfalls an den Vorräten gütlich tun, kann man die befallenen Lebensmittel nur noch wegwerfen.

Reismehlkäfer liefern Erkentnisse über Gluten-Unverträglichkeit.

Larven des Reismehlkäfers
Der Reismehlkäfer hat ein Enzym, das Gluten verdauen kann. | Bild: NDR

Am Institut für Insektenbiotechnologie in Gießen werden die kleinen Käfer jedoch gern gesehen. Denn die Wissenschaftler brauchen Tribolium castaneum. Als Professor Andreas Vilcinskas anfing, den rotbraunen Reismehlkäfer zu erforschen, ging es ihm um eine Entwickelung für Menschen mit Gluten-Unverträglichkeit. Denn der Reismehlkäfer hat ein Enzym, das Gluten verdauen kann. Dieses Enzym erforschten die Wissenschaftler, um damit in ferner Zukunft das Gluten aus Backwaren zu entfernen und so Brote herstellen zu können, die die Allergiker essen können.

Doch dann entdeckten die Forscher, dass ihnen der Käfer auch im Kampf gegen die Parkinson-Krankheit helfen kann: Füttert man die Insekten mit dem Pflanzenschutzmittel "Paraquat", zeigen sie Symptome, die denen von Parkinson ähneln. Die Nervenenden der Käfer entzünden sich. Die Tiere sind daraufhin weniger aktiv und können nicht mehr so koordiniert klettern. Auch der Dopamin-Spiegel ist niedriger als bei gesunden Tieren. Ähnliches ist auch bei menschlichen Parkinsonpatienten festgestellt worden. Parkinson ist eine sehr komplexe Erkrankung, die mit Verhaltensänderungen einher geht.

Auf der Suche nach Wirkstoffen gegen Parkinson

Käfer krabbeln einen Teststreifen hoch
Können Rotbraune Reismehlkäfer helfen, Wirkstoffe gegen Parkinson zu finden? | Bild: NDR

An den Käfern lassen sich diese Verhaltensänderungen nun durch das verfütterte Pflanzenschutzmittel simulieren und gleichzeitig potenzielle Wirkstoffe gegen Parkinson testen: Kleine Gruppen der Insekten wurden zum Beispiel mit hochdosiertem Vitamin C, mit gemahlenen Kurkuma-Wurzeln oder einem asiatischen Tee-Extrakt gefüttert. Anschließend bekamen sie eine Behandlung mit dem Pflanzenschutzmittel "Paraquat" die die Nervenentzündungen auslöste. Um zu dokumentieren, wie stark die Parkinson-Symptome auftraten, ließen die Wissenschaftler die Insekten in einem definierten Zeitraum eine Messskala hochkrabbeln. Die Käfer, die die höchste Aktivität zeigten, waren offenbar am besten vor den Parkinson-Symptomen geschützt. Auf diese Art und Weise entstand ein Ranking der aussichtsreichsten Wirkstoffe für die weitere Forschung.

Große Wachsmotte als Versuchstiere

Große Wachsmotte in einem Glas
Die Große Wachsmotte ist darauf spezialisiert, in Bienenstöcken zu parasitieren. | Bild: NDR

Ein weiteres Insekt, das als Modelltier in der medizinischen Forschung eingesetzt wird, ist die Große Wachsmotte (Galleria Mellonella). Sie ist darauf spezialisiert, in Bienenstöcken zu parasitieren. Dort herrscht permanent eine Temperatur von circa 37 Grad. Das entspricht der Körpertemperatur von Säugetieren und macht die Wachsmotte damit zum geeigneten Versuchstier für neue Medikamente. Denn die enzymatischen Prozesse in der Wachsmotte haben Ähnlichkeit mit denen des Menschen. Deshalb werden die Larven der Motten anstelle von Säugetieren mit Krankheitserregern infizieren, um kostengünstig neue Wirkstoffkandidaten an ihnen zu testen. Wegen ihrer kurzen Vermehrungszyklen lassen sich viel schneller als bei Säugetieren diverse Generationen mit diesen Substanzen behandeln, um mögliche Auswirkungen auf die Nachkommen der betroffenen Tiere zu erforschen.

Asiatischer Marienkäfer mit überaus robustem Immunsystem

Asiatischer Marienkäfer
Dei Asiatischer Marienkäfer verdrängt weltweit die einheimischen Artgenossen. | Bild: NDR

Insekten dienen aber nicht nur als Versuchstiere. Viele Sechsbeiner verfügen über eigene Wirkstoffe, die sie in Jahrmillionen entwickelt und optimiert haben. Beispiel: der asiatische Marienkäfer (Harmonia Axyridis). Er verdrängt weltweit die einheimischen Artgenossen. Und das, obwohl er an das neue Terrain und die dort herrschenden Bedingungen nicht optimal angepasst ist – im Gegensatz zu den Lokalmatadoren. Doch der asiatische Marienkäfer verfügt über das robusteste Immunsystem, das je in einem Insekt gefunden wurde. Die Forscher haben entdeckt, dass das Blut des asiatischen Marienkäfers, die sogenannte Hämolymphe, voller eigentlich tödlicher Parasiten ist. Doch dem Insekt scheinen sie nichts auszumachen. Offenbar hat die Evolution den Käfer mit einem ganzen Arsenal von Abwehrstoffen ausgestattet, die die Parasiten in Schach halten.

Diese Abwehrstoffe sind für die Wissenschaftler interessant. Sie dienen als Vorbild, um neue Medikamente zu entwickeln– zum Beispiel gegen multiresistente Keime. Dem Käfer wird dazu ein wenig Hämolymphe entnommen. Anschließend wird er mit Krankheitserregern infiziert. Dann wird ihm wieder "Blut" abgenommen und untersucht, welche Abwehrstoffe der Marienkäfer in der Zwischenzeit ausgeschüttet hat. Mittels der sogenannten Massenspektrometrie lassen sich die chemischen Strukturen dieser neuen, unbekannten Moleküle bestimmen. Sie werden dann künstlich in größerem Maßstab hergestellt und als Wirkstoff gegen diverse Krankheiten getestet.

Insektenbiotechnologie noch junger Forschungsbereich

Prof. Andreas Vilcinskas schaut durch ein Mikroskop
Es wird noch dauern, bis die Wirkstoffe der Insekten in der Apotheke ankommen.  | Bild: NDR

Die Entwicklung von neuen Medikamenten ist extrem teuer und sehr aufwändig. Man rechnet mit Kosten von 500 Millionen bis zu einer Milliarde US-Dollar und einer Entwicklungszeit von rund 15 Jahren. Denn von 5.000 potenziellen Wirkstoffen, führt am Ende durchschnittlich nur einer zu einem neuen Medikament. Die Insektenbiotechnologie ist ein vergleichsweise junger Forschungsbereich. Es wird noch etwas dauern, bis die Wirkstoffe der Insekten in der Apotheke ankommen.

Doch ihr Potential ist gewaltig. Insekten stellen mit rund einer Million bekannter Arten fast genau die Hälfte aller Lebensformen auf der Erde. Sie haben sich in Millionen von Jahren auf Lebensräume spezialisiert, die für die meisten anderen Tiere zu gefährlich, zu keimbelastet oder aus anderen Gründen lebensfeindlich sind. Insekten können dort nur leben, weil sie über spezielle Abwehrmechanismen verfügen. Die gilt es zu entschlüsseln. Die Insektenbiotechnologie verfolgt einen intelligenten Forschungsansatz: Sie untersucht Krankheitserreger, gegen die wir Menschen keine Mittel haben, erforscht dann, welche Insekten mit dieser Bedrohung gut leben können und nimmt sie besonders in den Fokus. Das Credo der Forscher: Die besten Wirkstoffe hat die Natur selbst erfunden. Die Frage ist nur, wie finden wir sie? Die Antwort könnte lauten: Mithilfe der Insekten.

Autor: Björn Platz (NDR)

Stand: 28.08.2020 16:36 Uhr

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