Angriffspunkte für Insektizide identifiziert

Pymetrozine und Pyrifluquinanzon sind zwei Insektizide, die vor allem gegen saugende Insekten wirken. Wie genau sie das tun, konnten Wissenschaftler nun zeigen. Dank der neuen Erkenntnisse können die Mittel in Zukunft gezielter eingesetzt und so Resistenzbildungen bei den Schädlingen weitgehend vermieden werden.

Insekten sorgen immer wieder für massive Ernteeinbußen. Bereits biblische Geschichten und antike Wandmalereien erzählen von Heuschreckenplagen im alten Ägypten. Früher versuchten die Menschen ihre Felder mit Schwefel und Arsen zu schützen - heute sind Insektizide zum Schutz des Menschen und der Umwelt wesentlich selektiver. Viele effektive Insektizide greifen an insektenspezifischen Nerven und Muskeln an. Obwohl Wissenschaftler bereits seit Jahrzehnten an neuen Insektiziden arbeiten bzw. neue Angriffspunkte für wirksamen Insektizide suchen, beruhen alle derzeit auf dem Markt befindlichen, neuroaktiven Mittel auf nur sieben molekularen Angriffspunkten, von denen der letzte bereits vor 30 Jahren entdeckt wurde.

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Wirkmechanismus bisher unbekannt

Bisher war die genaue biochemische Wirkungsweise von Pymetrozin und Pyrifluquinanzon, zwei kommerziell erhältliche, synthetische Verbindungen, auf Insekten nicht bekannt. Beobachtet wurden aber Auswirkungen auf die Neuroregulation oder das Nerv-Muskel-Zusammenspiel der Gleichflügler, zu denen pflanzensaftsaugende Insekten wie Läuse, Zikaden und Wanzen zählen. Physiologisch scheinen die Wirkstoffe zu verhindern, dass die Insekten in das Pflanzengewebe einstechen können.

Da neuroaktive Insektizide häufig an Ionenkanälen wirken, vermuteten Wissenschaftler bereits, dass manche Insektizide die TRPV-Ionenkanäle (Vanilloid-Rezeptor-Unterfamilie der „transient receptor potential channels“) beeinflussen könnten. Pymetrozin und Pyrifluquinanzon sind für Landwirte vor allem dann interessant, wenn die Schädlinge gegen andere Insektizide bereits Resistenzen ausgebildet haben. Besonders gut: Nützlinge wie Bienen werden von diesen Wirkstoffen kaum in Mitleidenschaft gezogen.

Selektive Wirkung auf TRP-Kanäle

Wissenschaftler der BASF Crop Protection und der Universität Göttingen untersuchten das Verhalten der Fruchtfliege Drosophila melanogaster und fanden heraus, dass Pymetrozin und Pyrifluquinanzon selektiv auf die TRP-Kanäle wirken. Insekten verfügen über zwei TRPV-Kanäle, die zusammen in bestimmten Dehnungsrezeptoren in Gelenken vorkommen, zum Beispiel in der Antenne und den Beinen. Durch mechanische Reize sorgen diese Dehnungsrezeptoren für Gleichgewicht, Gehör und Koordination.

Klettertest bringt Aufschluss

In ihrem Versuch setzten die Wissenschaftler die Fliegen 2 Stunden auf 1 prozentigem Zuckerwasser aus, das zudem eine Konzentration von 200 Mikromolar (µM) Pymetrozin oder Pyrifluquinanzon enthielt. Dann zählten sie, wie viele Fliegen noch in der Lage waren, am Rand des Gefäßes hochzuklettern. Das taten etwa 70 Prozent der Kontrollfliegen, die nur auf Zuckerwasser ausgesetzt waren. Bei den Fliegen mit zusätzlich Pymetrozin oder Pyrifluquinanzon im Wasser war es nur noch 1 Prozent.

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Die Forscher konnten zeigen, dass die beiden Wirkstoffe einen Ionenkanalkomplex aktivieren, der von den beiden TRPV-Kanälen gebildet wird. Auf diese Weise werden die Dehnungsrezeptoren überstimuliert, wodurch sich die saugenden Insekten nicht mehr richtig fortbewegen und fressen können.

Resistenzen vermeiden

Die genauen Angriffspunkte und Wirkmechanismen von Pymetrozin und Pyrifluquinanzon zu kennen, hat große Vorteile für die praktische Anwendung dieser Insektizide. „Beispielsweise sollten wir Felder nicht nacheinander mit diesen beiden Substanzen behandeln. Je mehr dieser Wirkstoffe an einem Ort versprüht werden, umso schneller entwickeln die Insekten eine Resistenz. Die Ergebnisse helfen uns dabei, die Insektizide zielgerichteter und nachhaltigerer einzusetzen“, stellt Dr. Vincent Salgado, Biologe bei der BASF Crop Protection, fest.

Neurobiologische Prozesse aufklären

Und auch die Neurobiologen haben wichtige Erkenntnisse aus den Versuchen mit den beiden Wirkstoffen gezogen: „Die Tatsache, dass die beiden Insektizide auf einen TRPV-Ionenkanal-Komplex wirken, ist für uns besonders interessant“, so der Neurowissenschaftler Prof. Dr. Martin Göpfert von der Universität Göttingen. „Wir hatten lange vermutet, dass die beiden TRPVs in diesen Dehnungsrezeptoren gemeinsam einen Ionenkanalkomplex bilden, aber erst mittels der Insektizid-Wirkstoffe konnten wir dies auch beweisen.“