Kamikaze-Termiten schützen ihre Kolonie mit Hilfe eines speziellen Enzyms, dessen Geheimnisse nun gelüftet wurden

Forscher vom Institut für Organische Chemie und Biochemie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften entschlüsseln in Zusammenarbeit mit Kollegen der Fakultät für Tropen-Agrarwissenschaften der Tschechischen Universität für Biowissenschaften in Prag die Geheimnisse des Lebens der Termiten.

Kolonien der Art Neocapritermes taracua verfügen über eine einzigartige Verteidigungsmethode, die von Arbeitertermiten am Ende ihres Lebens bereitgestellt wird. Wenn sie angegriffen werden, opfern sie sich selbst, indem sie eine explosive chemische Reaktion auslösen, deren Ergebnis eine giftige Flüssigkeit ist, die ihren Gegner bewegungsunfähig macht und vergiftet.

Dr. Jana Škerlová und ihre Kollegen aus der wissenschaftlichen Gruppe von Assoc. Prof. Pavlína Maloy Řezáčová haben den Mechanismus, nach dem das mysteriöse Enzym, das Termiten auf ihrem Rücken tragen, funktioniert, detailliert beschrieben. Ihr jüngster Artikel zu diesem Thema wurde veröffentlicht im Journal Struktur.

Die Termitenart Neocapritermes taracua hat einen besonderen Abwehrmechanismus entwickelt, der in der Insektenwelt seinesgleichen sucht. Arbeitertermiten spielen dabei eine Schlüsselrolle. Im Laufe ihres Lebens sammeln sie nach und nach ein bestimmtes Enzym, die blaue Laccase BP76, in speziellen Taschen auf ihrem Rücken an.

Wenn ihre Kolonie in Gefahr gerät, zerreißen ältere Individuen diesen „Rucksack“. Das Enzym vermischt sich dann fast sofort mit einer anderen, bis dahin relativ harmlosen Substanz, die im Körper der Termite gespeichert ist. Diese Substanz erzeugt eine klebrige Flüssigkeit, die hochgiftige Benzochinone enthält. Diese tötet zwar die Kamikaze-Termite selbst, macht aber auch den Angreifer bewegungsunfähig oder tötet ihn.

Wie dieses potenziell explosive Enzym in festem Zustand auf dem Rücken von Insekten aktiv bleibt, war ein wahres wissenschaftliches Rätsel. Wissenschaftler der Forschungsgruppe Strukturbiologie am IOCB Prag haben das Rätsel mithilfe der Röntgenkristallographie gelöst. Škerlová war fasziniert von der Tatsache, dass die von Termiten übertragene blaue Laccase eine ungewöhnlich starke Bindung zwischen zwei Aminosäuren – den Bausteinen von Proteinen – in der Nähe des aktiven Zentrums des Enzyms aufweist, an das das Zielmolekül bindet und wo es reagiert.

Škerlová erklärt: „Die Entschlüsselung der dreidimensionalen Struktur der Laccase BP76 hat gezeigt, dass dieses Enzym eine Vielzahl von Stabilisierungsstrategien verwendet, die es nicht nur äußerst langlebig, sondern auch unter den rauen Bedingungen tropischer Regenwälder voll funktionsfähig machen.“

Aufgrund seiner einzigartigen Struktur bleibt Laccase BP76 nicht nur intakt, sondern auch aktiv, obwohl es das ganze Leben einer Termite auf deren Rücken ruht. Dies ist für die Rolle des Enzyms im Verteidigungsmechanismus von entscheidender Bedeutung, denn im Falle eines Angriffs auf die Kolonie muss die Reaktion sofort erfolgen.

Termiten der Art Neocapritermes taracua können mit dieser selbstmörderischen Ladung ein Leben lang überleben. Junge Individuen, die noch viel Arbeit für ihre Kolonie leisten können, tragen nur geringe Mengen des Enzyms in ihren Gesäßtaschen. Der blaue „Rucksack“, in dem sich der Sprengstoff sammelt, wird mit der Zeit größer, wenn das Insekt an Kraft verliert. Sein letzter Dienst am Termitenhügel ist, dass es bereit ist, sich zum Wohle der Kolonie zu opfern.

Die Tatsache, dass die Termiten der Art Neocapritermes taracua feste Pakete eines aktiven Enzyms in den Taschen ihrer Regenmäntel tragen, die sie im Notfall ohne zu zögern als Waffe einsetzen, wurde erstmals vor einigen Jahren von Forschern in Französisch-Guayana in einer Studie beobachtet, die in der Zeitschrift Wissenschaft. Einer der Forscher, die an der wegweisenden Studie mitgearbeitet haben, war Professor Jan Šobotník, der auch Co-Autor des vorliegenden Artikels ist und derzeit an der Fakultät für tropische Agrarwissenschaften der Tschechischen Universität für Biowissenschaften arbeitet.

„Unsere Entdeckung ist ein hervorragendes Beispiel für die unersetzliche Rolle der Strukturbiologie. So wie das Wissen über einzelne Komponenten eines Instruments Aufschluss über dessen Funktionsweise gibt, hilft uns die Kenntnis der dreidimensionalen Struktur (also der Positionen einzelner Atome) eines Moleküls, einen biologischen Prozess zu verstehen. In diesem Fall handelt es sich um einen einzigartigen Abwehrmechanismus von Termiten“, betont Pavlína Řezáčová, Leiterin des Labors, aus dem die Forschung stammt.