Wie bekannt ist, ernährt sich das weibliche Varroa-Weibchen während der Reproduktionsphase von den inneren Flüssigkeiten der sich in der Nymphose befindlichen Bienen. Dazu muss es das Tegument seines Wirtes durchbohren, was nahezu eine Stunde dauert; die so entstandene Wunde, die sich in der Regel am zweiten Abdominalsegment befindet, muss während der gesamten Zeit offen bleiben, die für die eigene Ernährung sowie für das Wachstum der gesamten Nachkommenschaft erforderlich ist – junge Varroamilben sind nämlich nicht in der Lage, die Kutikula der Biene zu durchdringen, sodass es der Gründerin obliegt, die Ernährungsstelle zu schaffen, die die gesamte Familie versorgt. Dies stellt für den Parasiten eine erhebliche Herausforderung dar, da er eine im Verhältnis sehr widerstandsfähige Schicht durchdringen, eine Immunreaktion der parasitierten Biene vermeiden und diese zugleich vor anderen Krankheitserregern schützen muss, die sie töten könnten – was der Varroamilbe die für eine erfolgreiche Fortpflanzung notwendige Ressource entziehen würde.

Bei parasitischen Arthropoden spielt der Speichel in diesem Zusammenhang üblicherweise eine wichtige Rolle. Speziell bei Varroa haben frühere Studien gezeigt, dass der Speichel an der Auflösung der Fettkörper beteiligt ist, von denen sich die phoretische Form auf der adulten Biene ernährt [1], und dass er für weibliche Larven von Apis cerana toxisch ist – aus diesem Grund parasitiert Varroa destructor in der Natur das weibliche Brutstadium dieser Bienenart nicht (Zhang und Han 2018). Diese Erkenntnisse veranlassten ein Forschungsteam, die möglichen Effekte eines im Speichel dieses Milbenparasiten enthaltenen Enzyms zu untersuchen.

Zunächst untersuchten sie das Genom [2] von Varroa destructor (das 2017 entschlüsselt wurde), um alle Gene zu identifizieren, die für Proteine im Gift oder Speichel parasitischer Arthropoden kodieren könnten; anschließend suchten sie unter diesen Genen diejenigen heraus, die im Speichel der Milbe überexprimiert sind, indem sie das Expressionsniveau in den Speicheldrüsen mit jenem im übrigen Körper verglichen.[1]

Aus dieser Analyse ging eine einzige Proteinart eindeutig hervor: eine Chitinase, also ein Enzym, das Chitin abbauen kann und in den Speicheldrüsen etwa 340-fach stärker exprimiert wird als im restlichen Organismus der Varroamilbe (Abbildung 1) [2]. Dieses Enzym erleichtert dem Parasiten vermutlich das Durchdringen der Kutikula der Biene [3] und trägt dazu bei, dass die dabei entstandene Wunde während der gesamten für die Ernährung der Gründerin und ihrer Nachkommen notwendigen Zeit offen bleibt.

 

Abbildung 1: Lichtmikroskopische Aufnahme des Vorderkörpers einer gefärbten Varroamilbe. Sg: Speicheldrüsen; C: Cheliceren; P: Pedipalpen; B: Gehirn. Der blaue Farbstoff „erkennt“ die RNA, die die Expression des für die Chitinase kodierenden Gens ermöglicht. Wie zu sehen ist, beschränkt sich die Färbung auf die Speicheldrüsen. Dies ist eine der Methoden, mit denen die Forschenden die Chitinase als speichelspezifische Komponente identifizieren konnten, um anschließend ihre Effekte bei Varroa und bei der Biene zu untersuchen. Der Maßstabsbalken entspricht 1/10 Millimeter (100 µm). Quelle: Becchimanzi et al. 2020, Bild unter Creative-Commons-Attribution-Lizenz.

 

Anschließend schalteten die Forschenden das Chitinase-Gen bei Serien von jeweils zehn Varroamilben gezielt stumm; konkret wurden diese Milben in ein Bad mit RNA getaucht, die die DNA blockiert, welche für das Enzym kodiert. Die so behandelten Varroas können folglich keine Chitinase mehr produzieren. Danach infizierten sie Bienenpuppen mit Serien unbehandelter Varroas sowie mit Serien behandelter, chitinasefreier Varroas.

Sie stellten fest, dass die Mortalität der Varroamilben ohne Chitinase jene der Kontrollmilben um mehr als 60 % überstieg – das Enzym spielt somit eine wichtige Rolle für das Überleben des Parasiten. Zudem zeigten Untersuchungen der parasitierten Bienennymphen einen Effekt der Chitinase auf die Immunität des Wirts. Mehrere mit der Immunantwort assoziierte Gene werden deutlich stärker exprimiert, wenn die Nymphe von einer chitinasefreien Varroa parasitiert wird, als wenn sie von einer unbehandelten Varroa befallen ist. Betroffen sind insbesondere die Gene, die für Abaecin, Apidaecin und Hymenoptaecin kodieren – essenzielle antimikrobielle Substanzen im Kampf gegen pilzliche und bakterielle Erkrankungen. Die Produktion dieser antimikrobiellen Substanzen wird somit durch die normalerweise im Varroa-Speichel vorhandene Chitinase gehemmt. Dies bestätigt und erklärt (zumindest teilweise) die bereits bekannte Beobachtung, dass ein Befall durch Varroa destructor die Immunabwehr der Biene schwächt. Schließlich könnte die Chitinase auch eine Rolle bei der Regulation der mikrobiellen Vermehrung rund um die Ernährungsstelle des Parasiten spielen.

 

Abbildung 2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Ernährungsstelle einer Varroamilbe auf der intersegmentalen Membran einer Biene. Die Varroa wurde für die Aufnahme entfernt. Die Ernährungsöffnung ist deutlich sichtbar (schwarzer Pfeil), ebenso der Abdruck der Milbe auf der Membran sowie die Haftpolster an den Enden der Vorderbeine (weiße Pfeile), die beim Entfernen der Varroa haften blieben. Diese bemerkenswerte Aufnahme entstand beim USDA-ARS in Beltsville (USA). Quelle: Ramsey SD et al. 2019, reproduziert mit freundlicher Genehmigung von S. Ramsey.

 

Dies stellt einen weiteren Schritt in Richtung der Entwicklung von Biokontrollstrategien im Kampf gegen Varroa dar. Theoretisch ist es möglich, Bienen mit interferierender RNA zu behandeln, die ein Gen des Parasiten blockiert (hier jenes, das für die Chitinase kodiert). Dies umso mehr, als gezeigt wurde, dass RNA einen doppelten Transfer durchlaufen kann – von der behandelten Biene zur Varroa und von der Varroa zu einer weiteren Biene (Garbian et al. 2012) –, was eine gute Verteilung der Behandlung innerhalb des Stocks gewährleisten würde.

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[1] Siehe „Lu pour vous“ in LSA Nr. 291, S. 223–226.

[2] Das Genom ist die Gesamtheit der Gene einer Art; konkret handelt es sich um eine Abfolge von Molekülsequenzen (jeweils durch einen Buchstaben dargestellt), die in kodierter Form die Bauanleitung für sämtliche Proteine enthalten, die der Organismus dieser Art für Überleben, Entwicklung und Fortpflanzung synthetisieren muss.

[3] Chitin, eine in ihrer Zusammensetzung der Zellulose ähnliche Substanz, bildet Fasern, die maßgeblich zur Festigkeit der Kutikula beitragen.

Bibliographie

Artikelquelle: Becchimanzi A et al. (2020): A salivary chitinase of Varroa destructor influences host immunity and mite’s survival, PLoS Pathog 16(12): e1009075. https://doi.org/10.1371/journal.Ppat.1009075

Garbian Y et al. (2012): Bidirectional Transfer of RNAi between Honey Bee and Varroa destructor: Varroa Gene Silencing Reduces Varroa Population, PLoS Pathog 8: e1003035. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003035 PMID: 23308063

Zhang Y und Han R (2018): A Saliva Protein of Varroa Mites Contributes to the Toxicity toward Apis cerana and the DWV Elevation in A. mellifera, Scientific Reports 8. https://doi.org/10.1038/s41598-018-21736-9 PMID: 29467400