Männchen stechen nicht

Emmy Noether Lecture „Biotechnology for Insect Pest and Vector Control – Which Methods Do You Prefer to Protect our Food Chain and Medical Health?” von Professor Dr. Marc F. Schetelig

Die Emmy Noether Lecture „Biotechnology for Insect Pest and Vector Control – Which Methods Do You Prefer to Protect our Food Chain and Medical Health?” von Professor Dr. Marc F. Schetelig
Die Emmy Noether Lecture „Biotechnology for Insect Pest and Vector Control – Which Methods Do You Prefer to Protect our Food Chain and Medical Health?” von Professor Dr. Marc F. Schetelig
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Emmy Noether Lecture

Die Emmy Noether Lecture „Biotechnology for Insect Pest and Vector Control – Which Methods Do You Prefer to Protect our Food Chain and Medical Health?” von Professor Dr. Marc F. Schetelig
Die Emmy Noether Lecture „Biotechnology for Insect Pest and Vector Control – Which Methods Do You Prefer to Protect our Food Chain and Medical Health?” von Professor Dr. Marc F. Schetelig
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Eine weitere Lage T-Shirt - mit Insekten
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Das nächste Shirt: von den Gators - wie Schetelig zeigt
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Schließlich: im weißen Hemd
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DFG-Vizepräsidentin Professor Dr. Marlies Hochbruck kündigt den Vortrag an und stellt Marc Schetelig vor
DFG-Vizepräsidentin Professor Dr. Marlies Hochbruck kündigt den Vortrag an und stellt Marc Schetelig vor
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Interessiert an den Anschauungsobjekten
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Nach dem Vortrag gab es viele interessierte Nachfragen
Nach dem Vortrag gab es viele interessierte Nachfragen
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Mücken sind nicht nur ein Thema, das die Gäste des einen oder anderen Emmy Noether-Treffens ganz akut beschäftigte, sie stellen vielmehr ein weltweites gesundheitliches und wirtschaftliches Risiko dar – und sie sind das Forschungsthema von Marc Schetelig. Er beschäftigt sich damit, wie man Mücken- und Fliegenmassen Herr werden kann, ehe ihre Larven ganze Ernten zerstören oder sie Krankheiten wie Malaria, Zika oder Denguefieber übertragen. Um sein Forschungsthema ganz greifbar zu machen, hatte er zwei transparente Kisten mit lebenden Mücken und Fliegen mitgebracht, die seine Zuhörer teils mit Interesse, teils mit Abscheu betrachteten. Auch die Schritte seiner bisherigen wissenschaftlichen Karriere illustrierte Schetelig sehr plastisch: Für jede Station hatte er übereinander ein T-Shirt an. So wurde der englischsprachige Vortrag geradezu ein Karriere-Striptease: Von Bayreuth über Göttingen und Gainesville, Florida, an die Justus-Liebig-Universität Gießen mit der Emmy Noether-Nachwuchsgruppe und zur Berufung dort vor zwei Monaten als jüngstem Erfolg.

Was ist SIT?

Zunächst schilderte Schetelig, wie Mücken und Fliegen Obstplantagen, Weinberge und auch die Gesundheit bedrohen können. Es existierten zwar gute mechanische und chemische Mittel, die oft aber Auswirkungen auf andere Spezies sowie andere Nebenwirkungen hätten. Daher habe er sich schon im Diplom in Bayreuth (nicht Beirut, wie er aufgrund etlicher Nachfragen seiner amerikanischen Kollegen klarstellte) einem höchst spezies-spezifischen Ansatz gewidmet. Sein erstes Forschungsobjekt: die Mittelmeerfruchtfliege. Sein Plan: mittels sterilisierter Männchen die Populationen zu verringern. Er erklärte: „Ausrotten kann man Mücken und Fliegen eigentlich nicht, es kann hier maximal um Kontrolle gehen.“ Die Idee der Sterile Insect Technique (SIT) ist nicht neu und wird schon seit den 1950er-Jahren angewandt und weiterentwickelt: In Brasilien versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon länger, den Malariaüberträgern auf diese Weise mithilfe von sterilen Männchen zu Leibe zu rücken. Doch die vorhandenen Methoden überzeugten Schetelig nicht: „Ich wollte vieles besser machen und setzte auf biotechnologische Methoden.“ In seinem Vortrag setzte er ein ganzes Puzzle an verschiedenen Effekten und Prozessen zusammen, die eine effiziente und zielgenaue Insektenvernichtung mithilfe von Biotechnologie ermöglichen.

Das erste Puzzleteil ist die Sterilisierung. Das geschah bislang mit Strahlung, doch die sterilen Männchen waren nicht so „fit“ wie ihre fortpflanzungsfähigen Artgenossen, sodass riesige Mengen an Tieren ausgebracht werden mussten. Schetelig fand mit seinem Team eine Gensequenz, die die Männchen und ihre Nachkommen schon als Embryo sterben lässt. Die Substanz Tetrazyklin kann diese Sequenz abschalten, das heißt, solange die Mücken dieses Antibiotikum zu fressen bekommen, entwickeln sie sich ganz normal. Nachdem sie in Freiheit sind und sich hoffentlich fortgepflanzt haben, sterben ihre Nachkommen.

Mücken markieren und sortieren

Ein weiterer Schritt ist die Markierung der genveränderten Tiere. Bis heute werden die Insekten geradezu „angemalt“, also mit farbstarken, grellen Pigmenten markiert. Diese „färben“ jedoch „ab“ und sollten überdies nicht eingeatmet werden, weil sie für Menschen schädlich sein können. Schetelig entwickelte einen geschlechtsspezifischen Marker, der auch noch fluoresziert. Er ist mehr als drei Monate lang nachweisbar, sodass er auch in den in Fallen gefangenen Insekten, mithilfe derer man den Erfolg überprüft, sichtbar bleibt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Marker bis auf die Ebene der Spermien beobachtet und können sicherstellen, dass er auch bei den Weibchen „landet“. Dabei fanden sie auch heraus, dass Mückenweibchen, die mehrere Männchen als Partner hatten, bevorzugt von der zweiten Begattung Nachwuchs bekommen – eine wichtige Erkenntnis für die Bekämpfungsstrategie.

Die auszubringenden Mücken und Fliegen nach Geschlecht zu trennen, ist ein weiterer, wenn nicht der wichtigste Baustein der SIT. Denn schließlich sollen nur die sterilen Mückenmännchen in die freie Wildbahn gelangen. Mit einem eindrucksvoll mit Mückensummen akustisch unterlegten Foto zweier Füße voller Mücken illustrierte Schetelig, dass Skandinavien die weltweit mückenreichste Region ist, aber dort zum Glück Denguefieber, Zika oder Malaria noch nicht überlebensfähig und somit übertragbar sind. „Aber die Männchen stechen nicht“, beruhigte er die Zuhörerinnen und Zuhörer. Dort gehen gehen mehr als 75.000 Mücken pro Nacht in eine der aufgestellten Fallen – mehr als hundert Mal so viele wie in den stark malaria-betroffenen Gebieten Afrikas.

Weibchen sind größer und Männchen stechen nicht

Um die Mückenmännchen von den Weibchen schon während der Zucht in den Massenzuchtanlagen zu trennen, kann man mechanisch vorgehen, weil die Weibchen größer sind. Schetelig fand aber auch hier eine biotechnologische Variante, die effizienter ist. Es handelt sich um eine weitere Gensequenz, die Mückenweibchen tötet. Experimentell stellte sich heraus, dass damit das Tetrazyklin hinfällig wird und das Verfahren zudem sehr genau ist. Weitere Ansätze wie männchen-spezifische Fluoreszenzmarker zur maschinellen Aussortierung mittels Laser oder der Einsatz eines Gens während der embryonalen Entwicklung, das dafür sorgt, dass sich nur noch Männchen entwickeln, befinden sich ebenfalls in der Entwicklung und Risikoabschätzung. „Da müssen wir jetzt noch sehen, ob diese Männchen mit ihren Artgenossen in freier Wildbahn kompetitiv sind“, sagte Schetelig. Denn Fitnesstests für die sterilen Mücken sind ein weiterer entscheidender Faktor, um effektive Systeme gegen Mückenplagen und invasive Agrarschädlinge zu finden.

Bei all diesen biotechnologischen Verfahren ist der zielgenaue Einbau von Sequenzen ins Genom enorm wichtig. „Die eingebauten Gene können irgendwo landen, dass kann die Ergebnisse erheblich beeinflussen“, erklärte Schetelig anhand der Marker, die sehr deutlich zeigen, wie verschiedene Stellen im Genom unterschiedlich sinnvoll verwendet werden können. Zielgenaue Verfahren wie CRISPR/Cas9 bezeichnete Schetelig als vielversprechend, „wir wissen aber noch lange nicht, wo eigentlich der richtige Platz im Genom ist.“

Mehr als Mücken

Er präsentierte eine Studie der amerikanischen Food and Drug Administration (FDA), die den biotechnologischen Werkzeugen für eine der vielen manipulierten Fliegensorten „keinen Einfluss auf die Umwelt“ attestiert. „Das ist natürlich für alle Arten und alle genetischen Veränderungen notwendig“, betonte Schetelig. Abschließend bedankte er sich bei der DFG für die Förderung: „Das Emmy Noether-Programm war der Ausgangspunkt für meine Entdeckungen – die große Flexibilität hat sich bewährt.“ In einer Reihe weiterer Kooperationen nimmt es der frisch gebackene Professor mit weiteren gefährlichen Mücken und Fliegen auf, organisiert die Kontakte und nötigen Gelder. „Außerdem bauen wir ein neues Gebäude für das Fraunhofer-Institut für Insektenbiotechnologie“, fügte er hinzu. Wie breit seine Forschung aufgestellt ist, zeigte sich darüber hinaus in Scheteligs Antwort auf eine Nachfrage zu „Südzucker“ als Partner: „Wir suchen auch nach Konservierungsstoffen aus Insekten für die Nahrungsmittelindustrie, denn die chemischen Mittel sind fast erschöpft und biologische Systeme aus Insekten liefern tolle neue Moleküle. Das gilt übrigens auch für Antibiotika- und Naturstoffforschung, die wir zusammen mit Sanofi-Aventis im Rahmen des LOEWE Zentrums für Insektenbiotechnologie & Bioressourcen in Gießen vorantreiben.“

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