In der Natur lässt sich allgemein beobachten, dass ein Individuum, wenn es in seine Reproduktion investiert, automatisch sowohl seine Vitalität als auch seine Lebensdauer reduziert. Obwohl bisher nicht ausreichend geklärt werden konnte, worin die molekulare oder physiologische Grundlage dieses Phänomens, bekannt als „cost of reproduction“ (Preis der Reproduktion), besteht, lässt sich dieses Phänomen bei einer Vielzahl von Organismen beobachten, mit einer bemerkenswerten Ausnahme: den sozialen Insekten.
Paradoxerweise erreichen die Individuen der reproduktiven Kasten der sozialen Insekten weitaus höhere Lebensalter als die nicht-reproduktiven Individuen derselben Art. Ein hervorragendes Beispiel ist die Honigbiene, bei der die Königinnen bis zu sechzigmal länger leben als die Arbeiterbienen.
Telomere als Grund für die Langlebigkeit
Es gibt viele Spekulationen darüber, was es den reproduktiven Kasten der sozialen Insekten ermöglicht, so lange zu leben. Einer der Annahmen zufolge hängt dies mit einer hohen Aktivität des Enzyms Telomerase zusammen. Dieses heftet sich an die Enden der Chromosomen, die sogenannten Telomere, an und fügt regelmäßig neue DNA-Abschnitte hinzu, wodurch die Telomerenlängen verlängert werden. Man kann von einer Art Renovation der Telomere sprechen. Neben reaktiven Sauerstoffspezies, die gerne die Enden der Chromosomen „angreifen“, verkürzen sich die Chromosomenenden auch zwangsläufig bei jeder Zellteilung (bedingt durch die unvollständige DNA-Synthese, die der Zellteilung vorausgeht). Die Aktivität der Telomerase ist daher entscheidend für die Erhaltung der genetischen Information und das Überleben.
Die Erkenntnis, dass Telomere und Telomerase-Aktivität eng mit dem Altern und der Entstehung zahlreicher Zivilisationskrankheiten verbunden sind, hat die Forschung zu Telomeren in den letzten drei Jahrzehnten ins Rampenlicht gerückt. Forschungen am Menschen und anderen Säugetieren haben gezeigt, dass die Telomerase-Aktivität im Verlauf der individuellen Entwicklung abnimmt und sich somit die Telomerenlängen verkürzen, dass also die Telomerenlänge als Indikator für das Altern fungiert. Es zeigt sich, dass Erwachsene mit ausreichend langen Telomeren in proliferativ aktiven, d.h. sich teilenden Zellen, gesundheitlich besser dran sind und ein höheres Lebensalter erreichen als Individuen mit vergleichsweise kurzen Telomeren.
Des Weiteren wird betont, dass Stress, sei es oxidativer Stress in Form reaktiver Sauerstoffspezies oder verschiedene Stressbedingungen aus der Umwelt, das Leben von Bienen erheblich beeinflusst.
Es gibt Spekulationen, dass eine hohe Telomerase-Aktivität in den Gehirnen erwachsener Bienenköniginnen diese Langlebigkeit unterstützen könnte. Gehirnzellen erwachsener Bienen sind normalerweise nicht besonders teilungsaktiv. Warum die Telomerase-Aktivität bei Königinnen so hoch ist, bleibt ein Rätsel. Vielleicht erfüllt Telomerase noch unbekannte Funktionen.
Telomerase bei der Honigbiene
Unser Team, das sich seit langem mit der Erforschung von Telomeren bei Insekten beschäftigt, hat in den letzten zwei Jahren die Telomerase-Aktivität bei der Honigbiene untersucht. Die Ergebnisse wurden 2016 in der Fachzeitschrift Chromosoma veröffentlicht. Mithilfe des TRAP (Telomeric Repeat Amplification Protocol) konnte unsere Arbeit bestätigen, dass die Telomerase-Aktivität, ähnlich wie bei Wirbeltieren, während der Entwicklung der Biene generell abnimmt. In den Geweben von Arbeiterinnen und Drohnen ist die Telomerase-Aktivität seit der Larvalentwicklung auf etwa 10 % im Vergleich zur Aktivität in Embryonen unterdrückt.
Im Vergleich zu Embryonen ist die Aktivität auch in den Hoden leicht reduziert, und zwar bei späten Puppen auf etwa 70 % des Embryonalniveaus. Überraschende Ergebnisse erzielten wir bei den Bienenköniginnen. Neben der erwarteten Zunahme der Telomerase-Aktivität in den Ovarien der Königinnen (im späten Puppenstadium auf 160 % des Niveaus der Embryonen) beobachteten wir im Vergleich zu Drohnen und Arbeiterinnen eine zehnfache Zunahme der Aktivität im dritten Larvenstadium.
Jedoch war der bemerkenswerteste Anstieg der Aktivität in den Gehirnen erwachsener Bienenköniginnen, wo die Telomerase-Aktivität bis zu dem 70-fachen Niveau im Vergleich zu den Gehirnen erwachsener Arbeiterinnen erreicht wurde.
Eine erhöhte Telomerase-Aktivität im dritten Larvenstadium der Königinnen könnte entweder mit ihrer Entwicklungsbestimmung oder noch wahrscheinlicher mit einem signifikant schnelleren Wachstum der Larven der Königin im Vergleich zu den Larven der Drohnen oder Arbeiterinnen verbunden sein.
Der ursprüngliche Beitrag berichtet von Rückgängen bei Bienenpopulationen sowie bei Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Königinnen.
Möglicherweise spielen verschiedene Stressfaktoren eine Rolle, denen die Bienen immer wieder ausgesetzt sind, wie verschiedene Pestizide in der Bienenumgebung, eine geringe Vielfalt an Nahrung oder unnatürliche Ernährung im Winter und vieles mehr.
Wie bereits erwähnt, können die Länge der Telomeren und die Aktivität der Telomerase durch Stress beeinflusst werden, zumindest deutet die Forschung bei Säugetieren darauf hin. Können wir jedoch ähnliche Effekte auch bei Bienen beobachten? Da einige unserer Vorversuche darauf hindeuten, dass dies möglicherweise der Fall ist, wird es unsere angenehme Pflicht sein, die Forschung an Bienen in Zusammenarbeit mit tschechischen Imkern auch in den kommenden Jahren fortzusetzen. Denn nicht nur der alarmierende Rückgang der Bienenpopulation, sondern vor allem die Bienen selbst verdienen unsere volle Aufmerksamkeit.
Aus der Zeitschrift „Včelařství“:
RNDr. Radmila Čapková Frydrychová, PhD. Entomologisches Institut, Biologisches Zentrum der AV ČR, České Budějovice. Illustratives Foto: Pavel Cimala
Danksagung: Die Arbeit wurde durch das Projekt Strategie AV21, Forschungsprogramm „Vielfalt des Lebens und Gesundheit der Ökosysteme“, Aktivität „Bienengesundheit“, 2016 gefördert.
