LOEWE Zentrum für
Insektenbiotechnologie
& Bioressourcen

Analytik der chem. Verteidigung von Insekten u. Insekten-Symbionten

Dr. Gerrit Joop

Wir arbeiten an Ökologie und Evolution von Insekten mit den Schwerpunkten Externe Sekretion und Wehrsekrete, Evolution von Insekten-Immunsystemen, Phänotypische Plastizität, Wirt-Parasit-Interaktion und Evolution von Resistenzen.

Projekte:

Team 2015: Andreas Mitschke, Benedikt Eickhoff, Tilottama Biswas, Thorben Grau, Sara DeLeon, Prayan Pokharel, Gerrit Joop.


Selektionsdruck auf interne und externe Immunabwehr bei Tribolium castaneum – experimentelle Evolution mit einem Mikrosporidium und einem Pilz-Parasiten

2013–2016

Ein besseres Verständnis von Immunabwehr und deren Evolution ist eines der momentan interessantesten Themen in der Evolutionsbiologie. Die Kombination von evolutionärer Immunologie mit Wirt-Parasit-Koevolution wird unser Verständnis hierzu vertiefen, da es die Immunologie zurück ins natürliche Umfeld bringt. Dieser Ansatz geht einher mit der Proklamation der Hologenom-Theorie und der damit verbundenen Bedeutung der Mikrobiota. Ein dagegen bis heute weitgehend vernachlässigter Aspekt der Immunabwehr ist die externe Abwehr in nicht-sozialen Organismen. Externe Immunabwehr ist eine nach außen verlagerte Abwehr, z. B. verhaltensbedingt oder durch die Abgabe von antimikrobiellen Bestandteilen in die Umwelt. Insbesondere im letzteren Fall agieren die Tiere dabei nicht nur zu ihrem eigenen Vorteil, sondern potentiell auch zum Besten ihrer Nachkommen oder gar der ganzen Gruppe. Weiterhin sollte man annehmen, dass das externe und das interne Immunsystem interagieren. Der Rote Reismehlkäfer, Tribolium castaneum, gibt breit wirksame antimikrobielle Substanzen in seine Umwelt ab und verfügt damit über eine externe Immunabwehr. Wir konnten bereits zeigen, dass unter natürlichen Bedingungen so einer parasitierten Umwelt externe und interne Immunabwehr in Balance sind. Daraus folgend fragen wir hier,

  1. ob die externe Immunabwehr unter Selektionsdruck von Parasiten steht und ob verschiedene Parasiten die Balance zwischen interner und externer Immunabwehr in unterschiedliche Richtungen verschieben,
  2. wie interne und externe Immunabwehr ausbalanciert werden und ob diese Balance von Parasiten aufgebrochen oder stabilisiert wird,
  3. wie die Balance zwischen interner und externer Immunabwehr reguliert wird und ob epigenetische Effekte hier eine Rolle spielen.

Dies zu beantworten, setzen wir experimentelle Evolution von T. castaneum mit einem Mikrosporidium (Paranosema whitei) und einem Pilz (Beauveria bassiana) ein, jeweils in drei Konzentrationen und einem kombinierten Ansatz. Während des Experimentes werden externe (Chinon-Sekretion) und interne (Phenoloxidase, Dunkelheit der Kutikula, Hemmung von Bakterien und Pilzen) Immunparameter aufgenommen. Im Anschluss werden das Transkriptom und epigenetische Aspekte (DNA-Methylierung, Histon-(De-)Acetylierung, microRNAs) betrachtet, um Einblicke in die Regulation zu bekommen.

Die Beantwortung dieser Fragen wird uns wertvolle Einsichten liefern und zum besseren Verständnis der Evolution von Immunabwehr-Stategien, auch in einem ökologischen Zusammenhang, beitragen.

Mitarbeiter: Gerrit Joop, Andreas Mitschke, Tilottama Biswas
Kollaborationen: Philip Rosenstiel (Kiel, Germany), Joachim Kurtz (Münster, Germany), Hinrich Schulenburg (Kiel, D), Erich Bornberg-Bauer (Münster, D)
Finanzierung: DFG SPP 1399 Host-Parasite Coevolution


Gemeinschaftliche und individuelle Immunabwehr – zum Verständnis ihrer Interaktion in einem nicht-sozialen Insekt, Tribolium castaneum

2010–2016

Tribolium-Käfer geben Chinone in ihre Umwelt ab. Diese zeigen eine breite antimikrobielle Wirkung und werden daher als „externe” Immunabwehr betrachtet. Wir konnten bereits zeigen, dass die Produktion von Chinonen teilweise im Konflikt zur internen Immunabwehr steht und mit einer reduzierten Larvalentwicklung einhergeht. Darauf aufbauend möchten wir hier ein tieferes Verständnis der externen Immunabwehr gewinnen:

  1. Erhöht die Sekretion von Chinonen die Fitness der Käfer, indem sie die mikrobielle Diversität in der Mehl-Umgebung und im Darm reguliert?
  2. Was sind die Ursachen und Zusammenhänge zwischen externer Immunabwehr und anderen Aspekten der Insekten-Immunabwehr?
  3. Wie wird die Chinon-Produktion reguliert?
  4. Stellt externe Immunabwehr eine wirklich gemeinschaftliche Aktion zum Wohl einer Gruppe nicht-verwandter Individuen dar?

Dieses Projekt wird neue Aspekte zur Evolution von Immunabwehr aufdecken.

Mitarbeiter: Gerrit Joop, Andreas Mitschke, Prayan Pokharel
Kollaborationen: Hinrich Schulenburg (Kiel, D), Philip Rosenstiel (Kiel, D), Stanislav Gorb (Kiel, D), Arne Traulsen (MPI Plön, D) und Joachim Kurtz (Münster, D)
Finanzierung: Volkswagenstiftung