Darmmikrobiota hilft Spodoptera gegen Insektizide

A Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda) Mobilisiert seine Darmflora, um mit Insektiziden fertig zu werden. Eine aktuelle Studie untersuchte Larven, die gegen drei Produkte – Flubendiamid, Spinosad und Teflubenzuron – resistent und anfällig waren. Sie zeigte, dass die Resistenz nicht nur von Mutationen im Insekt abhängt. Auch Wechselwirkungen mit Darmmikroorganismen sind wichtig.

Veränderter Stoffwechsel

Die Analysen identifizierten 181 verschiedene Metabolite. Aminosäuren, Monosaccharide und Fettsäuren erwiesen sich als Hauptmarker. Die Häufigkeit dieser Verbindungen variierte je nach Raupenphänotyp und eingesetztem Insektizid. Resistenzen beeinflussten den Stoffwechsel auch ohne Exposition gegenüber der Chemikalie, was darauf hindeutet, dass Stoffwechselveränderungen konstitutiv auftreten können.

Ein Beispiel hierfür war die Regulierung des Glyoxylatzyklus, die bei resistenten Larven beobachtet wurde. Dieser Stoffwechselweg ist bei Bakterien und Pflanzen weit verbreitet, nicht jedoch in Insektengewebe. Das Vorhandensein von Fettsäuren und Glyoxylatderivaten deutet darauf hin, dass Darmmikroorganismen diesen Zyklus aktivieren, um zusätzliche Energie bereitzustellen und die Entgiftung von Xenobiotika zu unterstützen.

Auswirkungen auf die Immunität

Die Studie zeigte auch Auswirkungen auf die Immunantwort auf. Resistente Larven wiesen eine geringere Menge an Itaconsäure auf, einem Inhibitor des Glyoxylatzyklus. Dieser Rückgang könnte auf die Kosten der Resistenz hinweisen, beispielsweise eine verringerte Abwehr gegen Infektionen. Diese Veränderung steht im Zusammenhang mit der erhöhten Aktivität von Viren, Pilzen und Mikrosporidien, die im Darm resistenter Insekten nachgewiesen wurden.

Im Fall von Spinosad dominierten Mikrosporidien die transkriptionelle Aktivität der Mikrobiota. Bei Larven, die gegen Flubendiamid und Teflubenzuron resistent waren, war die Expression viraler und bakterieller Gene, hauptsächlich von Proteobakterien und Firmicutes, ausgeprägt.

Insektizide mit unterschiedlicher Wirkung

Jedes Insektizid erzeugte ein einzigartiges Muster. Flubendiamid verursachte eine starke Segregation in den Stoffwechselprofilen, insbesondere bei Aminosäuren und Zuckeralkoholen. Spinosad beeinflusste vor allem Aminosäuren wie Glutamin und Tyrosin. Teflubenzuron hingegen zeigte moderatere Effekte, was mit seiner Wirkungsweise übereinstimmt, die die Chitinsynthese stört.

Die Anreicherungsanalyse ergab die Beteiligung von Stoffwechselwegen wie der Aminoacyl-tRNA-Biosynthese, dem Glyoxylat-Stoffwechsel, der Synthese verzweigtkettiger Aminosäuren und dem Glutathion-Stoffwechsel. Diese biochemischen Stoffwechselwege sind mit der Energieproduktion, der antioxidativen Abwehr und der Eliminierung toxischer Verbindungen verbunden.

Beitrag der Mikrobiota

Die Rolle der Mikrobiota erwies sich als zentraler Faktor. Bakterien der Gattungen Acinetobacter e Pseudomonas, die bereits als Insektizid-Abbauer beschrieben wurden, tragen Schlüsselgene für den Glyoxylatzyklus. Die kontinuierliche Selektion resistenter Stämme scheint auch diese Mikroorganismen zu begünstigen und bildet eine funktionelle Einheit zwischen Insekt und Darmgemeinschaft – den sogenannten Holobionten.

Auswirkungen auf das Management

Die Ergebnisse zeigen, dass die Resistenz von Spodoptera frugiperda beinhaltet nicht nur genetische Veränderungen im Wirt, sondern auch Stoffwechselanpassungen, die durch die Mikrobiota vermittelt werden. Diese Interaktion verbessert die Überlebensfähigkeit des Schädlings in Umgebungen, die verschiedenen Chemikalien ausgesetzt sind.

Weitere Informationen unter doi.org/10.1016/j.pestbp.2025.106697