Buch, Deutsch, 88 Seiten, Format (B × H): 148 mm x 210 mm
ISBN: 978-3-96729-057-8
Verlag: Mensch & Buch
Diese Arbeit untersuchte den Einfluss des Varroazids Ameisensäure auf die Honigbiene Apis mellifera sowie ihren Parasiten Varroa destructor. Die Varroose führt, in Kombination mit weiteren Faktoren, zu teils massiven Honigbienen-Völkerverlusten. Diese sind von enormer ökologischer und ökonomischer Bedeutung, sodass eine effiziente medikamentöse Behandlung der Bienenvölker obligat ist. Die Ameisensäure gilt aufgrund zahlreicher Vorteile gegenüber anderen Wirkstoffen als derzeit zuverlässigste und relativ einfache Behandlungsmethode, obwohl es auch während dieser Behandlung zur Schädigung der Honigbiene kommen kann. Um das Verständnis zum Wirkmechanismus der Ameisensäure zu erweitern und zukünftig durch eine adaptierte Applikation die negativen Effekte bei der Honigbiene zu reduzieren, wurde die Reaktion auf 60%ige Ameisensäure in Honigbienen und Varroa-Milben mittels vergleichender molekularbiologischer und biochemischer Methoden untersucht. In der vorliegenden Arbeit sollten molekulare endogene Effekte einer Ameisensäure-Behandlung auf die Genexpression in Honigbiene und Varroa-Milbe untersucht werden. Hierfür wurde die Technik der RNA-Seq angewandt und nachfolgend die Ergebnisse mittels RT-qPCR-Analysen validiert. Anschließende Proteom-Analysen sollten die korrelierenden Proteine erfassen, um zu überprüfen, ob diese nachgewiesenen transkriptionellen Veränderungen auch im Protein-Muster entsprechend reflektiert sind. Entsprechende Versuche wurden für die Varroa-Milbe als bisher am wenigsten untersuchtes Modell in dieser Arbeit durchgeführt. Da selbst die Konzentration eines Proteins in einem System keine gültigen Details über seine Aktivität und Funktion liefert, wurden im letzten Teil der Arbeit die Ameisensäure-spezifische Aktivität ausgesuchter Enzyme in Funktions-Assays überprüft. Dazu wurde ein Aktivitäts-Assay der Cytochrom C Oxidase im Mikrotiterplatten-System etabliert. Weiterführende Untersuchungen der enzymatischen Aktivität einiger wichtiger Kandidatenproteine soll durch deren rekombinante Expression mit nachfolgenden Funktions-Assays folgen.
Die Ergebnisse der Transkriptom-Analyse bei Honigbienen deuten darauf hin, dass die bekanntlich höhere Ameisensäure-Empfindlichkeit der jüngeren Larvenstadien im Vergleich zu den frisch geschlüpften Arbeiterinnen auf eine niedrigere Entgiftungskapazität durch eine reduzierte Ausstattung mit entsprechenden Entgiftungsenzymen gegenüber adulten Bienen zurückzuführen ist. Ein Nachweis der durch Ameisensäure induzierten Kandidatengene in Honigbienen konnte allerdings in Varroa-Milben nicht geleistet werden. Dies könnte für unterschiedliche Ameisensäure-Metabolisierung-Strategien zwischen diesen beiden Organismen sprechen. Auf dieser Grundlage könnte das anhaltende Problem der unerwünschten Schädigung der Bienen während der Ameisensäure-Behandlung durch die Entwicklung neuer Formulierungen und/oder Anwendungen gelöst werden, die spezielle Zielstrukturen in den Milben treffen.
Die Proteom-Analyse der Ameisensäure-behandelten Varroa-Milben deutete eine Imbalance in der Proteostase infolge einer eingeschränkten Proteinsynthese bei gleichzeitig gesteigertem Proteinabbau an. Dies deutet auf einen deutlichen Masseverlust hin und könnte eine Schadwirkung der Ameisensäure auf die Varroa-Milben erklären. Die Ameisensäureexponierten Varroa-Milben zeigten eine Induktion von Hitzeschockproteinen, ein Anzeichen für oxidativen Stress. Dieser wird vermutlich ausgelöst durch eine, in unseren Daten belegte, spezifische Hemmung der Atmungskette und des Citrat-Zyklus. Dies führt durch Schädigung von zellulären Makromolekülen zur Alterung des Organismus und letztendlich zum Zelltod. Die Proteom-Analyse ergab weiterhin eine gesteigerte Konzentration mehrerer Kandidatenproteine, die mit der Detoxifikation assoziiert sind, die allerdings mit der Transkriptom-Analyse nicht korrelierten. Insgesamt lieferte die Untersuchung der Proteine mit den Bestandteilen der Atmungskette den mutmaßlich primären Zielort der Ameisensäure-Wirkung sowie die für die Ameisensäure-generierte Toxizität verantwortlichen Abwehrmechanismen, zu denen nach unserer Datenlage hauptsächlich die Hitzeschockproteine und Detoxifikationsenzyme zählen.
Die initialen Ergebnisse der Aktivitäts-Untersuchungen der Cytochrom-C-Oxidase deuten auf eine Hemmung durch Ameisensäure hin. Diese Ergebnisse bestätigen bisherige Erkenntnisse aus der Literatur und weitere Datensätze dieser Arbeit. Somit scheint die Ameisensäure-Schadwirkung eine Folge des oxidativen Stresses, erzeugt durch die Hemmung der zellulären Atmung mit laktischer Azidose zu sein.
Zusammenfassend zeigen unsere Daten erstmals molekulare endogene Effekte einer Ameisensäure-Behandlung auf Honigbienen und gleichzeitig auf Varroa-Milben. Auf Grundlage der Erkenntnisse dieser Studie können zukünftige, neue Strategien der Behandlung spezifisch an die Varroa-Milbe angepasst und dadurch der Behandlungs-Erfolg bei der Varroa-Bekämpfung deutlich erhöht werden; die bisher häufig auftretenden negativen Effekte auf Honigbienen können durch das bessere Verständnis der molekularen Prozesse reduziert werden.
Genath
Charakterisierung des molekularen Wirkmechanismus des Varroazids Ameisensäure auf Honigbienen und Varroa-Milben jetzt bestellen!
Die Ergebnisse der Transkriptom-Analyse bei Honigbienen deuten darauf hin, dass die bekanntlich höhere Ameisensäure-Empfindlichkeit der jüngeren Larvenstadien im Vergleich zu den frisch geschlüpften Arbeiterinnen auf eine niedrigere Entgiftungskapazität durch eine reduzierte Ausstattung mit entsprechenden Entgiftungsenzymen gegenüber adulten Bienen zurückzuführen ist. Ein Nachweis der durch Ameisensäure induzierten Kandidatengene in Honigbienen konnte allerdings in Varroa-Milben nicht geleistet werden. Dies könnte für unterschiedliche Ameisensäure-Metabolisierung-Strategien zwischen diesen beiden Organismen sprechen. Auf dieser Grundlage könnte das anhaltende Problem der unerwünschten Schädigung der Bienen während der Ameisensäure-Behandlung durch die Entwicklung neuer Formulierungen und/oder Anwendungen gelöst werden, die spezielle Zielstrukturen in den Milben treffen.
Die Proteom-Analyse der Ameisensäure-behandelten Varroa-Milben deutete eine Imbalance in der Proteostase infolge einer eingeschränkten Proteinsynthese bei gleichzeitig gesteigertem Proteinabbau an. Dies deutet auf einen deutlichen Masseverlust hin und könnte eine Schadwirkung der Ameisensäure auf die Varroa-Milben erklären. Die Ameisensäureexponierten Varroa-Milben zeigten eine Induktion von Hitzeschockproteinen, ein Anzeichen für oxidativen Stress. Dieser wird vermutlich ausgelöst durch eine, in unseren Daten belegte, spezifische Hemmung der Atmungskette und des Citrat-Zyklus. Dies führt durch Schädigung von zellulären Makromolekülen zur Alterung des Organismus und letztendlich zum Zelltod. Die Proteom-Analyse ergab weiterhin eine gesteigerte Konzentration mehrerer Kandidatenproteine, die mit der Detoxifikation assoziiert sind, die allerdings mit der Transkriptom-Analyse nicht korrelierten. Insgesamt lieferte die Untersuchung der Proteine mit den Bestandteilen der Atmungskette den mutmaßlich primären Zielort der Ameisensäure-Wirkung sowie die für die Ameisensäure-generierte Toxizität verantwortlichen Abwehrmechanismen, zu denen nach unserer Datenlage hauptsächlich die Hitzeschockproteine und Detoxifikationsenzyme zählen.
Die initialen Ergebnisse der Aktivitäts-Untersuchungen der Cytochrom-C-Oxidase deuten auf eine Hemmung durch Ameisensäure hin. Diese Ergebnisse bestätigen bisherige Erkenntnisse aus der Literatur und weitere Datensätze dieser Arbeit. Somit scheint die Ameisensäure-Schadwirkung eine Folge des oxidativen Stresses, erzeugt durch die Hemmung der zellulären Atmung mit laktischer Azidose zu sein.
Zusammenfassend zeigen unsere Daten erstmals molekulare endogene Effekte einer Ameisensäure-Behandlung auf Honigbienen und gleichzeitig auf Varroa-Milben. Auf Grundlage der Erkenntnisse dieser Studie können zukünftige, neue Strategien der Behandlung spezifisch an die Varroa-Milbe angepasst und dadurch der Behandlungs-Erfolg bei der Varroa-Bekämpfung deutlich erhöht werden; die bisher häufig auftretenden negativen Effekte auf Honigbienen können durch das bessere Verständnis der molekularen Prozesse reduziert werden.
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