Eine Möglichkeit, lästige Insekten einzudämmen, ist bislang unter unserem Radar: ein Enzym aus den Hoden von Fruchtfliegen. Die Verbindung könnte Insekten bekämpfen, die Krankheiten übertragen und Ernten schädigen, indem sie ihre Fortpflanzungsfähigkeit hemmen, fanden Forscher der Johns Hopkins University heraus.
„Mit diesem Enzym haben wir die Chance, Fruchtfliegenpopulationen zu kontrollieren“, sagte Steven Rokita, Chemieprofessor an der Johns Hopkins University, der die Forschung leitete. „Es könnte eine gute Möglichkeit sein, die Fruchtbarkeit aller Arten von biologischen und landwirtschaftlichen Schädlingen zu kontrollieren, angefangen bei Mückenpopulationen.“
Die Erkenntnisse stehen fest veröffentlichen In Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Rokitas Gruppe stieß auf die Entdeckung, als sie untersuchte, wie Jodid in der Schilddrüse wirkt. Zuvor konnte das Team die Allgegenwart des Enzyms Iodtyrosin-Deiodinase nachweisen, das bei wichtigen physiologischen Prozessen bestimmter Bakterien, Wirbelloser und vieler anderer Organismen eine unerwartete Rolle zu spielen schien.
Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass die Unterdrückung von Bromtyrosin bei Fruchtfliegen zu einem Überschuss an Bromtyrosin führt, einer natürlichen Variante der häufig vorkommenden Aminosäure Tyrosin. Zu viel dieser Verbindung beeinträchtigt die Fähigkeit des Insekts, Spermien zu bilden.
Bisher dachten Wissenschaftler, dass das Enzym auf Organismen beschränkt sei, die Thyroxin produzieren, eines der Schilddrüsenhormone, das von allen Wirbeltieren, einschließlich Säugetieren, Vögeln, Reptilien, Amphibien und Fischen, produziert wird. Die Aufgabe des Enzyms besteht darin, den Jodspiegel des Körpers auf einem gesunden Niveau zu halten, um Schilddrüsenhormone zu produzieren, die den Stoffwechsel, das Wachstum und andere Funktionen regulieren.
„Zu unserer Überraschung kommt dieses Enzym in einer großen Anzahl von Tieren vor, in einigen Bakterien, Fruchtfliegen, Seeanemonen – allen Arten von Organismen, die kein Jodid benötigen“, sagte Rokita. „Was macht es dort, wenn diese Organismen es nicht brauchen?“
Durch die Entnahme und Sektion der Hoden von Fruchtfliegen konnte das Team nachverfolgen, wie das Enzym den Bromtyrosinspiegel reguliert. Als sie das spezifische Gen, das für das Enzym verantwortlich ist, ausschalteten, sahen sie, wie sich Bromtyrosin in den Hoden der Fruchtfliege ansammelte.
„Es stellt sich heraus, dass sich Bromtyrosin bei einem Mangel an dem Enzym in männlichen Fruchtfliegen ansammelt und diese Überlastung die Spermatogenese stark hemmt“, sagte Rokita. „Alle Fliegen haben ein ähnliches Gen, was bedeutet, dass sie möglicherweise auf ähnliche Weise auf Bromtyrosin reagieren.“
Mögliche Strategien zur Schädlingsbekämpfung könnten die Verwendung von Standard-Mückenfallen auf Zuckerbasis sein, gemischt mit Bromtyrosin oder anderen Substanzen, die die Wirkung des Enzyms stoppen, sagte Rokita.
Die Wissenschaftler testen ihre Erkenntnisse gemeinsam mit dem Johns Hopkins Malaria Research Institute an Mücken.
Enzyme sind Proteine, die dabei helfen, verschiedene biologische Prozesse zu beschleunigen, die unseren Körper am Leben erhalten. Obwohl das fragliche Enzym einem Säugetierenzym mit ähnlicher Funktion ähnelt, wird es beim Menschen nicht in seinen Hoden exprimiert, und es ist unwahrscheinlich, dass Bromtyrosin die menschliche Fruchtbarkeit beeinträchtigt, sagte Rokita.
Die Ergebnisse zeigen den Wert der Erforschung biologischer Prozesse, die Wissenschaftler oft ignorieren, sagte Rokita. Die Ergebnisse zeigen insbesondere, dass viele Lebewesen auf den Prozess der Halogenierung angewiesen sind, bei dem Brom oder ähnliche Elemente zu Molekülen wie der Aminosäure Tyrosin hinzugefügt werden, um wichtige Körperfunktionen zu steuern.
Diese Reaktion sei bei vielen Organismen üblich, ihre Funktion sei jedoch nur in der Schilddrüse klar definiert worden, sagte Rokita.
„Dies öffnet uns die Augen für die Idee, dass die Halogenierung von Tyrosin weit verbreitet und sehr wichtig sein könnte, entweder weil sie schädlich ist oder weil es sich um eine Art regulatorische Reaktion handelt, die wir die ganze Zeit über verpasst hatten“, sagte er.
Weitere Autoren sind Qi Su, Bing Xu und Xin Chen, alle von Johns Hopkins.
Mehr Informationen:
Rokita, Steven E., Eine Fehlregulierung von Bromtyrosin beeinträchtigt die Fruchtbarkeit bei männlichen Drosophila, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2322501121