Wie ein Pilz das Verhalten von Ameisen steuern kann
Das Projekt HETEROGENIUS (Heterogeneous activity underlying the control of animal behaviour by a fungus) untersuchte diese Prozess mit Blick auf das Pilzgenom, im Gegensatz zu früheren Untersuchungen dieses Phänomens, die sich auf das Verhalten der Ameisen konzentriert hatten. Ziel des Projekts war es, die komplexen genetischen Mechanismen der adaptiven Manipulation des Wirtsverhaltens durch Parasiten zu verstehen. Daher entwickelten die Forscher Protokolle zur Isolierung des Pilzes von Ameisenkadavern, die in der Natur gesammelt wurden, sowie zur Zucht und Pflege von Pilzkulturen. Danach wurden Protokolle für die Infektion entwickelt, um Infektionen durch O. unilaterales und die Verhaltensmanipulation unter Laborbedingungen zu rekonstruieren. Ameisengewebe wurden kultiviert und mit einer metabolischen Untersuchung kombiniert, um die Pilzmetaboliten zu bestimmen, die in verschiedenen Teilen des Wirts sekretiert werden. Dies führte zur Entdeckung von neuen zyklischen Depsipeptiden, einer Gruppe von Mykotoxinen. Die Technik enthüllte auch unterschiedliche Sekretome (die sekretierten Proteine) für Gehirn und Muskelgewebe der Ameise und reagierte verschiedenartig auf Gehirne verschiedener Ameisenarten. Darüber hinaus führte die Untersuchung zur Entdeckung der ersten Kandidatenverbindungen, die wahrscheinlich an der Gehirnmanipulation beteiligt sind. Die RNA aus den Köpfen von infizierten Ameisen (die von lebendigen Tieren und nach dem Tod durch eine Pilzinfektion entnommen wurde) wurde mit der RNA aus den Köpfen von gesunden Ameisen verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die meisten der Pilzgene, die während des manipulierten Verhaltens hochreguliert wurden, einzigartig bei O. unilateralis waren. Sie zeigten außerdem, dass der Pilzparasit die neuronalen Stressreaktionen im Wirt während des manipulierten Beißens regulieren könnte. Außerdem stellte sich heraus, dass der Pilz die chemosensorische Kommunikation des Wirts beeinträchtigt und Apoptose verursacht. Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler heraus, dass während der Manipulation Gene hochreguliert wurden, die für Proteine mit möglichen Auswirkungen auf Verhalten, Neuropathologien und Biosynthese von Sekundärmetaboliten kodieren, wie etwa für Alkaloide. Die zirkadiane Uhr des Pilzes wurde untersucht, wobei Feldversuche zeigten, dass das manipulierte Beißverhalten mittags eintritt. Dies zeigte, dass externe Synchronisierungen, wie etwa Licht und Temperatur, einen signifikanten Einfluss auf das parasitäre Verhalten haben könnten. HETEROGENIUS lieferte wertvolle Einblicke zu Parasit-Wirt-Interaktionen, vor allem zu solchen, bei der das Verhalten manipuliert wird. Die Entdeckung von an diesem Phänomen beteiligten Genen und Metaboliten wird in den Bereichen der Wirkstoffforschung und biologischen Bekämpfung von Schadinsekten neue Möglichkeiten für die angewandte Forschung bieten.
Schlüsselbegriffe
Rossameisen, Orphiocordyceps unilateralis, HETEROGENIUS, Metabolomik, zyklische Depsipetide, Mykotoxine, Sekretome, RNA, zirkadiane Uhr
