LOEWE Zentrum für
Insektenbiotechnologie
& Bioressourcen

Biosensorsysteme

Prof. Dr. Andreas Vilcinskas

Die Kommunikation über chemische Botenstoffe ist ein wichtiger Bereich der Chemischen Ökologie, da das zuverlässige Versenden und Empfangen von Informationen das Überleben sichert. Insektenantennen gehören zu den empfindlichsten Sinnesorganen zur Wahrnehmung von Düften, die die Evolution hervorgebracht hat, denn diese Nachrichten sind bei bei Insekten über besonders niedrig dosierte Duftstoffe verschlüsselt. Mit diesen Biosensoren können Insekten geringste Konzentrationen bestimmter Duftmoleküle (z. B. von Nahrung oder Geschlechtspartnern) registrieren und so über große Distanzen zielgerichtet finden. Bereits einzelne Moleküle führen zu elektrischen Impulsen, die zur Verarbeitung an das Gehirn weitergeleitet werden.

Elektroantennografie

Bei der Elektroantennografie wird die Summe der Nervenimpulse in der Insektenantenne mit feinen Elektroden zu einem Verstärkersystem geleitet und aufgezeichnet. In der AG Biosensorsysteme wird die elektroantennografische Detektion (EAD) mit der Gaschromatografie (GC) und Massenspektrometrie (MS) in einem tragbaren System gekoppelt. Dadurch können im Freiland hochempfindlich Duftstoffe aus komplexen Gemischen, wie sie unter Umweltbedingungen vorkommen, nachgewiesen und quantifiziert werden. Eine Anbindung an die Massenspektrometrie ermöglicht einen zusätzlichen Informationsgewinn über die Zusammensetzung der Substanzen. Mit unserem tragbaren GC-MS/EAD kann man direkt vor Ort (in situ) messen.

Anwendungen

Zum Beispiel wurde der Bekreuzte Traubenwickler (Lobesia botrana) untersucht, der im Weinbau großen Schaden anrichtet und mit Pheromondispensern bekämpft werden kann. Mit den Antennen von L. botrana wurden in Weinbergen Pheromonkonzentrationen unterhalb der Nachweisgrenze sensibelster kommerzieller Analysegeräte gemessen. Um diese niedrige Nachweisgrenze breiter nutzen zu können, wird an trainierten Insekten gearbeitet, die bestimmte Substanzen durch definiertes, messbares Verhalten zuverlässig anzeigen.


Zusätzlich wird an der Entwicklung von biomimetischen Sensoren geforscht. Hierbei werden Schlüsselsubstanzen bestimmt, die Insekten nutzen, um ein bestimmtes Ereignis wahrzunehmen. Insekten nehmen von den komplexen Duftgemischen in der Natur nur die Substanzen wahr, die eine eindeutige Information übermitteln. Wenn bekannt ist, welche Substanzen von den Fühlern registriert werden, können entsprechende Messinstrumente gebaut werden. Hierzu werden Halbleitergassensoren so angepasst, dass sie diese Substanzen sensitiver und selektiver messen.


Ein weiterer Fokus liegt auf der Identifizierung der Einzelkomponenten von flüchtigen Wehrsekreten. Dabei wurden unter anderem die chinonhaltigen Sekrete verschiedener Ohrwurmarten untersucht, für deren Einzelsubstanzen zusätzlich eine Wirkung gegen bestimmte Arten von Bakterien, Pilzen und Nematoden nachgewiesen werden konnten.