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(00223) 01.08.2001 14:44

PNAS berichtet: Funktion eines Geruchsrezeptors nachgewiesen


Bochum, 01.08.2001
Nr. 222

Fruchtfliege und Froscheier riechen Marzipan
Funktion eines Geruchsrezeptors nachgewiesen
PNAS berichtet: Riechen bei Insekten erforscht

Auf der Suche nach dem Geheimnis der Geruchswahrnehmung sind
zwei Bochumer Forschergruppen einen Schritt weiter gekommen:
Mit Experimenten an Fruchtfliegen (Drosophila) und
Froscheiern ist es Dr. Klemens Störtkuhl und Dipl. Chem.
Raffael Kettler aus der Gruppe um Prof. Dr. Bernhard
Hovemann (Biochemie/Molekulare Zellbiochemie) und Dr.
Christian Wetzel, Dipl. Biol. Hans-Jörg Behrendt und Dr.
Günter Gisselmann vom Lehrstuhl von Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns
Hatt (Zellphysiologie) erstmals gelungen, die Funktionalität
von Geruchsrezeptoren bei Insekten direkt nachzuweisen. Sie
züchteten zum einen Fliegen, die mit ihren Antennen
nachweislich einen Stoff besonders gut riechen können, und
stellten zum anderen riechende Froscheier her. Beide
sprachen auf denselben Stoff an: das nach Marzipan duftende
Benzaldehyd. Das Magazin „Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS)
berichtet in seiner Ausgabe vom 31.07.2001 über die
spektakulären Funde.

Rezeptoren in Fliegenantennen ...

Insekten orientieren sich in ihrer Umgebung vornehmlich
durch Sehen und Riechen. Deshalb können Wissenschaftler an
ihnen die molekularen Vorgänge dieser beiden
Wahrnehmungsprozesse hervorragend studieren. Vor einem Jahr
gelang es amerikanischen Forschern der Yale und der Columbia
Universität, mittels Computerabgleich eine neue Genfamilie
mit ca. 60 Rezeptoren auf den Antennen der Fruchtfliege zu
finden. Die große Frage aber war, ob diese Rezeptoren
tatsächlich in der Lage sind, Geruchsstoffe zu erkennen. Den
direkten Nachweis lieferten jetzt die RUB-Wissenschaftler.

... bilden sich vermehrt und melden Marzipan

Die Gruppe um Dr. Störtkuhl veränderte Drosophilas Gene so,
dass sie einen der 60 Rezeptoren vermehrt in den
Geruchsneuronen der Antennen produzierte. Es entstand ein
verändertes Tier, das das Rezeptorprotein OR43a in über 1000
Geruchsneuronen bildet – anstatt in nur 15 wie der Wildtyp.
Dann konfrontierten sie die Fliegen mit 24
Standardduftstoffen. Elektroden, die sie dem nur einen
Millimeter kleinen Tier auf die Antennen setzten, maßen ihre
Reaktion auf die verschiedenen Gerüche. Das Ergebnis: Bei
Benzaldehyd, das nach Marzipan duftet, reagierten die
Antennen des genetisch veränderten Typs doppelt so stark wie
die des Wildtyps. Damit ist bewiesen, dass die Rezeptoren
tatsächlich Düfte wahrnehmen. Darüber hinaus konnten die
Bochumer Forscher zeigen, dass ein einziger Geruchsrezeptor
mehrere Duftstoffe erkennen kann.

Insektenprotein funktioniert auch in Wirbeltierzellen

Im Labor von Prof. Hatt gingen die Forscher einen anderen
Weg, um die Funktionsfähigkeit der Rezeptorgene zu beweisen:
Sie injizierten die genetische Information für den Rezeptor
OR43a, die sie aus der Fruchtfliege gewonnen hatten, in eine
Froscheizelle - ähnlich wie bei einer künstlichen
Befruchtung im Reagenzglas. Nach einigen Tagen konnten die
Froscheier Duftstoffe riechen; genau dieselben, die in den
Antennen der genetisch veränderten Fruchtfliege verstärkte
Reaktionen hervorgerufen hatten. Froscheier ohne Injektion
antworteten auf keinen Duft. So konnten die Wissenschaftler
beweisen, dass die neue Genfamilie, zu der auch OR43a
gehört, tatsächlich für Riechrezeptorproteine verantwortlich
ist. Mehr noch: Das Protein reagiert sogar in Insektenzellen
und Wirbeltierzellen in der gleichen Art und Weise. Dies
eröffnet ganz neue gen- und biotechnologische Möglichkeiten,
z. B. für Biorezeptoren.

Nächstes Rätsel: Der Weg ins Gehirn

Die Erkenntnisse bei Drosophila sollen auch helfen zu
erkennen, welche Proteinstrukturen für das Riechen wichtig
sind. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, wie die
Information von der Antenne ins Gehirn der Fliege gelangt
und dort verarbeitet wird. Daraus resultiert das Verhalten
des Tieres, mit dem es Futter findet und sich in seiner
Umgebung orientiert.

Starmodell Drosophila

Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster leistet nicht zum
ersten Mal einen wichtigen Beitrag in der
Grundlagenforschung: So hat sie z. B. fundamentale
Ergebnisse - etwa die Entdeckung der Homeo-Box-Gene, für die
Frau Nüsslein Volhard 1995 den Nobel-Preis erhalten hat -
erst möglich gemacht. Auch bei den Versuchen zum Verständnis
der Geruchsverarbeitung wird die Fruchtfliege wieder
Modellcharakter haben.

Titelaufnahme

Christian H. Wetzel, Hans-Jörg Behrendt, Günter Gisselmann,
Klemens F. Störtkuhl, Bernd Hovemann and Hanns Hatt:
Functional expression and characterization of a Drosophila
odorant receptor in a heterologous cell system. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA, Vol. 98, Issue 16, 9377-9380, July 31, 2001
Klemens F. Störtkuhl and Raffael Kettler: Functional
analysis of an olfactory receptor in Drosophila
melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 98, Issue 16,
9381-9385, July 31, 2001

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dr. Dr. Hanns Hatt, Lehrstuhl für Zellphysiologie,
Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780
Bochum, Tel. 0234/32-26792, Fax: 0234/32-14129
Dr. Klemens Störtkuhl, Molekulare Zellbiochemie, Fakultät
für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel.
0234/32-26246, Fax: 0234/32-06246, Email:
klemens.stoehrtkuhl@ruhr-uni-bochum.de

Bildunterzeilen

Abb.1 und 2: Im Experiment leuchten die Antennen von
Drosophila
Abb. 3: Die Riechantennen der Fruchtfliege
Abb. 4: Drosophila ist winzig


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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