DFG-Forschungsprojekt iBeetle: Mehlkäfer als neues Arbeitstier für Genetiker

Wissenschaftler der Universität Göttingen wollen alle Gene des Insekts ausschalten

08.03.2010 - Deutschland

Beinahe ein Viertel aller erforschten Arten sind Käfer - sie sind damit die artenreichste Gruppe im Tierreich. Einige Käfer sind gefürchtete Schädlinge, wie zum Beispiel der Baumwoll-Kapselkäfer, der Westliche Maiswurzelbohrer oder der Kartoffelkäfer. Bisher gab es nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten, diese Tiergruppe genetisch zu untersuchen. Göttinger Wissenschaftler wollen nun den Reismehlkäfer Tribolium castaneum als neues genetisches Studienobjekt etablieren. Juniorprofessor Dr. Gregor Bucher und Prof. Dr. Ernst Wimmer vom Institut für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen werden zusammen mit Kölner und Erlanger Forschern alle Gene des Käfers eines nach dem anderen ausschalten, um neue Erkenntnisse über die genetische Regulation verschiedenster Prozesse zu gewinnen. Dies ist der erste komplette Gen-Screen, der an einem anderen Insekt als der Taufliege durchgeführt wird. Das Projekt mit dem Namen "iBeetle" gehört zu einem von zehn Forschungsvorhaben, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit insgesamt mehr als 22 Millionen Euro unterstützt werden. Es wird für zunächst drei Jahre mit 1,6 Millionen Euro gefördert. Besonderes Augenmerk legt die DFG-Forschergruppe auf Gene, die an der Frühentwicklung beteiligt sind, also der Entwicklung vom befruchteten Ei zur Larve. Zudem sollen erstmalig Gene gefunden werden, die für die Bildung und Funktion der so genannten Stinkdrüsen nötig sind. Diese spielen bei der Kommunikation und Abwehr der Insekten eine große Rolle, daher könnten die Forschungsergebnisse auch als Grundlage für neue Methoden der Schädlingsbekämpfung dienen. Schließlich erhoffen sich die Wissenschaftler erste Erkenntnisse darüber, wie sich während der Metamorphose aus der Larve ein erwachsenes Tier entwickelt, denn dies ist eine Voraussetzung, um die Evolution der Insektenvielfalt zu verstehen. Die technische Basis für das Projekt ist die so genannte RNA-Interferenz (RNAi), für deren Entdeckung 2006 der Nobelpreis verliehen wurde. Injiziert man doppelsträngige RNA in Zellen, deren Sequenz der eines Gens entspricht, so werden die vom Gen abgelesenen Matrizen zerstört und das Gen funktioniert nicht mehr. Die doppelsträngige RNA wird dem Mehlkäfer injiziert und breitet sich in allen Zellen aus - sogar in denen seiner Nachkommen. Durch diese Vorgehensweise können Gene gezielt ausgeschaltet werden. Anschließend analysieren die Forscher die Folgen der "Genabschaltung" im Hinblick auf die Entwicklung von Kopf, Beinen, Muskeln, Drüsen und auf die Metamorphose. Wenn ein interessantes Gen identifiziert ist, kann dessen Sequenz in einer elektronischen Datenbank gespeichert werden. Dadurch wird es überflüssig, eine Population genveränderter Tiere über Jahre halten zu müssen; ein gewichtiger Vorteil gegenüber den klassischen Screens, die in der Fruchtfliege durchgeführt wurden. Bisher untersuchten Wissenschaftler die Taufliege Drosophila, wenn sie verstehen wollten, wie Gene die Entwicklung, das Verhalten und andere Prozesse von Insekten kontrollieren. Daher beruht beinahe alles, was zur genetischen Kontrolle in Insekten bekannt ist, auf Arbeiten an diesem Tier. Allerdings ist die Fliege in vielen Dingen nicht typisch für Insekten; manche biologischen Phänomene lassen sich an ihr auch gar nicht studieren. Zusammen mit weiteren technischen Entwicklungen der vergangenen Jahre, an denen Göttinger und Erlanger Wissenschaftler entscheidend beteiligt waren, wird das iBeetle-Projekt den Mehlkäfer zum zweiten genetischen Insekten-Modellsystem neben der Taufliege machen.