Insektenbiotechnologie

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    Mithilfe von Insekten neue Wirkstoffe finden

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ZIB – LOEWE-Zentrum für Insektenbiotechnologie & Bioressourcen

Insektenbiotechnologie – auch Gelbe Biotechnologie genannt – ist die Anwendung biotechnologischer Methoden, um mithilfe von Insekten (oder deren Zellen) Dienstleistungen oder Produkte zu entwickeln. Das LOEWE-Zentrum für Insektenbiotechnologie und Bioressourcen (ZIB) nutzt die Biodiversität der Insekten auf molekularer Ebene, um neue Wirkstoffe für Anwendungen in der Medizin, im nachhaltigen Pflanzenschutz oder in der industriellen Biotechnologie zu entwickeln.


Warum Insekten?

Mit über einer Million beschriebener Arten sind Insekten die erfolgreichsten Organismen, die die Evolution hervorgebracht hat. Die Entwicklung dieser Artenvielfalt ging mit dem Erwerb eines riesigen Arsenals an Molekülen einher, mit denen Insekten ihre Ernährung sichern oder sich gegen Krankheiten und Parasiten verteidigen können. Diese Biodiversität auf Molekularebene macht sich der junge Forschungszweig Insektenbiotechnologie zunutze.

Am Anfang stehen fundierte Kenntnisse der Evolution und Ökologie: Die Wissenschaftler wählen gezielt solche Insektenarten für ihre Forschung aus, die gegen Mikroben (Bakterien, Viren, Pilze) resistent sind oder bemerkenswerte ökologische Nischen erschlossen haben.

Wie haben die Insekten diese Eigenschaften erlangt? Welche Moleküle stecken hinter der jeweiligen Erfolgsstrategie? Lassen sich daraus neue Wirkstoffe entwickeln, die dem Menschen nutzen?

Mögliche Anwendungsbereiche finden sich in der Medizin, im nachhaltigen Pflanzenschutz oder in der industriellen Biotechnologie. Schon heute gilt die junge Disziplin Insektenbiotechnologie als Spitzentechnologie mit beachtlichem innovativem und wirtschaftlichem Potenzial. Am LOEWE-Zentrum wird zugleich die Projektgruppe „Bio-Ressourcen“ des Fraunhofer IME aufgebaut, die langfristig in ein Fraunhofer-Institut überführt werden soll.


Beispiel 1: Asiatische Marienkäfer als Lieferanten neuer Antibiotika?

Der Asiatische Marienkäfer (Harmonia axyridis), erkennbar an seinem weißen Kragen, wurde ursprünglich weltweit als Nützling zur Blattlausbekämpfung freigesetzt. Inzwischen breitet er sich unaufhaltsam aus und verdrängt auch in Deutschland zunehmend die einheimischen Marienkäferarten. Wieso kann er das? Wie gelingt es ihm, sich vor all den unbekannten Krankheitserregern zu schützen, auf die er in seinem neuen Lebensraum stößt?

Die Wissenschaftler des LOEWE-Zentrums für Insektenbiotechnologie und Bioressourcen konnten zeigen, dass der Käfer über eine außerordentlich gute Immunabwehr verfügt: In der Hämolymphe des Käfers (Hämolymphe ist das „Blut der Insekten“) gibt es eine extrem starke Aktivität gegen Bakterien, die bei den einheimischen Arten so nicht vorkommt.

Die dafür verantwortlichen Moleküle sind inzwischen identifiziert. Nun wird erforscht, inwieweit sich daraus Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen Entzündungserkrankungen ergeben: Wirken sie gegen Bakterien, die gegen herkömmliche Antibiotika resistent sind? Und sind sie für den klinischen Einsatz überhaupt geeignet?


Beispiel 2: Wie Pflanzen sich ihrer Schädlinge erwehren könnten.

Nachhaltiger Pflanzenschutz heißt: Schädlinge bekämpfen, ohne Organismen zu schädigen, die nicht gemeint sind, also z.B. Bienen oder Menschen. Wie kann das gelingen? Ein möglicher Weg ist, die Pflanzen selbst in die Lage zu versetzen, „ihren“ Schädling unschädlich zu machen.

Die Wissenschaftler des LOEWE-Zentrums für Insektenbiotechnologie und Bioressourcen entwickeln eine Technologie weiter, die in der Medizin bereits erfolgreich angewendet wird und für deren Entwicklung 2006 der Nobelpreis vergeben wurde: die RNA-Interfenz-Technologie (RNAi). Wird eine speziell kodierte RNA (Ribonukleinsäure: setzt in Zellen genetische Informationen in Proteine um) in eine Zelle oder in Organismen eingebracht, kann sie hochspezifische Gene ausschalten. Denkbar ist, dass Nutzpflanzen wie Raps oder Gerste mit einer solchen RNA ausgestattet werden, die im Schadinsekt genau jenes Gen ausschaltet, das für die Entwicklung des Insekts entscheidend ist.

Voraussetzung für den Einsatz der Technologie ist die genaue Kenntnis der Gene der betreffenden Schadinsekten – und die Gewährleistung, dass ausschließlich die angestrebte Wirkung erzielt wird.

Der große Vorteil dieser Technologie gegenüber herkömmlicher Schädlingsbekämpfung ist, dass bei Nicht-Zielorganismen wie beispielsweise Bienen oder Menschen prinzipiell keinerlei negative Effekte auftreten können.


Beispiel 3: Lebensmittel biologisch konservieren?

Manche Insekten sind wahre Konservierungskünstler. Die Bienen zum Beispiel, die ihren Honig über Monate in ihren Stöcken lagern. Oder – weniger appetitlich – der Totengräber-Käfer: Indem er Mäusekadaver einspeichelt, verhindert er deren Verwesung. Später kann er den „intakten“ Kadaver zur Aufzucht seiner Brut einsetzen.

Auch hier interessieren sich die Insektenbiotechnologen für die Moleküle, die für diese Leistung verantwortlich sind: Sie erforschen, ob sich daraus Wirkstoffe gewinnen lassen, die effektiv und gefahrlos in der Konservierung und Behandlung von Lebensmitteln eingesetzt werden können.