Anti-Mückenmittel machen Insekten orientierungslos

Wirkstoff verfälscht die Signale der Geruchsrezeptoren in den Antennen

DEET wird schon seit Jahrzehnten gegen verschiedene stechende und beißende Insekten erfolgreich eingesetzt. Wissenschaftler der Rockefeller Universität, New York, in Kooperation mit dem Max Planck Institut für chemische Ökologie, Jena, sind jetzt der Wirkungsweise von DEET (N,N-diethyl-meta-Toluamid) auf die Spur gekommen. Der Stoff blockiert nämlich nicht, wie lange vermutet, anlockende Duftsignale blutspendender Säugetiere, und er löst auch nicht ein aktives Fluchtverhalten von Mücken oder Fruchtfliegen aus. Seinen Siegeszug als Antimückenmittel konnte er antreten, weil er die Nervensignale von Geruchsrezeptoren unterschiedlicher Insektenarten individuell moduliert. Diese Proteine dienen der Wahrnehmung von speziellen Duftsignalen, an denen die Insekten ihren Wirt oder ihre Nahrungsquelle erkennen und gezielt dorthin fliegen. DEET verstärkt oder schwächt die durch einen Duftstoff ausgelösten Nervensignale je nach Art des Rezeptors und des stimulierenden Duftstoffes – mit der Folge, dass die Tiere die Orientierung verlieren.

Mit der jetzt erschienen Arbeit aus der Gruppe um die Neurobiologin Leslie Vosshall von der Rockefeller University, USA, konnte ein jahrzehntelanger wissenschaftlicher Diskurs auf diplomatischem Wege aufgeklärt werden. DEET, im Jahr 1946 als wirksames Mittel gegen Mückenstiche entwickelt und seitdem im weltweiten Einsatz, wirkt nämlich weder als Reizblocker noch als aktives „repellent“ (Abwehrstoff): Der für uns Menschen schwach riechende Stoff ist für Insekten sehr wahrscheinlich ein Verwirrstoff. In Kooperation mit Bill Hansson und Marcus Stensmyr vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, die die Duftstoffanalytik durchgeführt haben, konnten die Wissenschaftler den Wirkmechanismus von DEET mittels moderner neuro-, molekularbiologischer und chemischer Verfahren aufklären.

Für ihre Experimente kam den Forschern die Anatomie des Geruchsapparats ein Stück weit entgegen. Die Antennen ihres Versuchsobjekts, der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, besitzen in ihren Riechhärchen spezifische Geruchsrezeptoren, die sich in der Zellmembran einer dazugehörigen Nervenzelle befinden. Mindestens zwei solcher Zellen sind in einem Riechhärchen verborgen. In den Versuchen wurden die elektrischen Signale je einer Nervenzelle gleichzeitig aufgenommen und miteinander verglichen. Bei Zugabe eines ausgesuchten Duftstoffs, beispielsweise Linalool, stellten die Forscher dann fest, dass DEET die Nervenzelle im Riechhärchen mit dem Rezeptor Or59b stimuliert und parallel die mit dem Rezeptor Or85a hemmt.

Insgesamt verglichen die Wissenschaftler die Reaktionen von vier Nervenzellen in Riechhärchen auf zehn verschiedene Duftstoffe. Bis auf drei reagierten alle untersuchten Nervenzellen abhängig von der Konzentration der Gerüche in der Umgebung unterschiedlich im Beisein von DEET. In Abwesenheit eines Duftstoffes wirkte DEET hingegen so gut wie gar nicht. Der Stoff verändert somit die "mentale Duftkodierung" der Tiere, die demzufolge nicht mehr gezielt, sondern verwirrt reagieren.

Um den Wirkmechanismus von DEET zu entschlüsseln, analysierten die Forscher den Rezeptor Or59b genauer und verglichen die Duftreaktionen von 18 an verschiedenen Orten der Welt gesammelten Fruchtfliegen miteinander. Diese reagierten ähnlich wie der Laborstamm - bis auf einen gegenüber DEET unempfindlichen Stamm aus Brasilien, der gegenüber bestimmten Düften andere Aktivierungsmuster zeigte. Das Or59b kodierende Gen aus dem südamerikanischen Stamm weist im Vergleich zum Gen des Laborstammes mehrere Abweichungen in den abgeleiteten Aminosäuresequenzen.

Die individuelle Untersuchung der einzelnen Aminosäureaustausche unter Einsatz von transgenen Fruchtfliegen zeigte, dass schon eine Veränderung von Valin nach Alanin im brasilianischen Stamm ausreichte, um die DEET-Wirkung aufzuheben - ein Beweis, dass der Stoff direkt mit einem Geruchsrezeptor interagiert und nicht mit ebenfalls im Rezeptorkomplex vorhandenen konservierten Untereinheiten wie beispielsweise Orco (olfactory receptor coreceptor). Weil das Repertoire an unterschiedlichen Geruchsrezeptoren in verschiedenen Insektenarten und deren Ökotypen groß ist, könnte hierin der Grund für das enorm breite Wirk- und Wirtsspektrum von DEET liegen.

JWK