11. – 13. Schuljahr

Harald Engelhardt

Bakterien schützen Grabwespen

Antibiotika aus symbiotischer Leistung zur Infektionsabwehr nutzen

In Symbiosen dienen Bakterien oft als Nährstofflieferanten. Immer häufiger werden aber auch Symbiosen bekannt, in denen die Bakterien den Wirt durch die Produktion von Antibiotika vor anderen Mikroben und Pilzen schützen. Seit 70 Millionen Jahren herrscht solch eine Symbiose zwischen Grabwespen, wie dem Europäischen Bienenwolf, und dem Bakterium Streptomyces philanthi. Inzwischen sind ihre Lebenszyklen eng miteinander verzahnt.

Der Europäische Bienenwolf (Philanthus triangulum) gehört zu den weltweit verbreiteten Grabwespen. Sie leben solitär und ernähren sich von Nektar (Abb. 1). Grabwespen bevorzugen Gegenden mit sandigem Boden, wie Heide, Magerrasen, Böschungen oder sandige Wege. Dort legen sie Bruthöhlen an, die aus bis zu einem Meter langen Gängen bestehen, von denen mehreren Brutkammern abgehen. Der schwarz-gelb gefärbte Bienenwolf ist für Menschen harmlos, macht aber Jagd auf Honigbienen (Apis mellifera). Dabei fällt die weibliche Grabwespe die Bienen blitzschnell an, lähmt sie mit einem Stich ihres Giftstachels und schleppt die Beute in die Bruthöhle (Dörfler 1997). Zuvor benetzt der Bienenwolf die Höhlendecke an der rückwärtigen Seite der Kammer mit einem weißlichen Sekret (Abb. 2). Dieses tritt aus den Drüsen aus, die sich in jeweils fünf Gliedern beider Antennen am Kopf der weiblichen Grabwespe befinden (Abb. 3). Zusätzlich überzieht sie die Bienen mit einer Flüssigkeit ihrer Speicheldrüse. In jeder Brutkammer legt die Wespe genau ein Ei auf eine der Bienen und verschließt den Kammerzugang anschließend mit Sand. Nach etwa drei Tagen schlüpfen die Larven und fressen in den nächsten sechs bis sieben Tagen die Futterbienen. Für die heranwachsenden Larven folgt nun die Metamorphose. Zunächst suchen sie die Kammer nach dem weißen Sekret ab. Haben sie es gefunden, richten sie ihr Hinterende auf die entsprechende Stelle und beginnen mit dem Weben des Kokonstiels. Diesen heften sie an der rückwärtigen Seite der Kammer an. Nun spinnen sich die Larven in einen länglichen Kokon ein. Dieser zeigt zum Kammerausgang und gibt den später schlüpfenden Insekten so die Richtung zum Hauptgang vor, durch den sie ins Freie gelangen (Material 1; Strohm/Linsenmair 1995).
Maßnahmen statt Brutpflege
Grabwespen leisten, im Gegensatz zu staatenbildenden Insekten, keine Brutpflege und können ihren Nachwuchs so nicht aktiv vor dem Befall mit Mikroorganismen bewahren. Die Bienen, Eier und die lange Zeit im Boden überdauernden Puppen würden deshalb bald von Pilzen und Bakterien befallen und überwachsen werden. Das wendet der Bienenwolf mit zwei vorsorgenden Maßnahmen ab.
Zum einen enthält das Sekret seiner Speicheldrüse eine Mischung aus wasserabweisenden Kohlenwasserstoffen. Diese wirken wie ein schützender Wachsüberzug. Als Folge kann sich keine Feuchtigkeit auf den Futterbienen niederschlagen und das Wachstum von Mikroorganismen wird verhindert. So bleiben das Ei und die daraus schlüpfende Larve vor Schäden bewahrt.
Zum anderen leben in dem Antennensekret an der Brutkammerwand Antibiotika bildende symbiotische Bakterien der Art Streptomyces philanthi (Abb. 4). Die Larven übertragen beim Verpuppen mit dem Sekret auch die Symbionten auf den entstehenden Kokon und verhindern dadurch später das Wachstum schädigender Mikroben (Goettler u.a. 2007).
Symbiose mit Streptomyceten
Streptomyceten haben im Laufe ihrer Evolution die besondere Fähigkeit erworben, viele bioaktive und antibiotische Stoffe zu bilden. Das Antennensekret enthält so neben lebenden Streptomyceten bereits eine geringe Menge verschiedener Antibiotika. Nachdem das nährstoffhaltige Sekret auf dem Kokon übertragen wurde, vermehren sich die Bakterien noch eine kurze Zeit lang und bilden über ein bis zwei Wochen hinweg antibiotische Substanzen (Material 2). Diese bleiben noch über Monate aktiv. So wird das...

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