Wissen | Fluoreszierendes Protein bringt Licht ins Bienengehirn

25.02.2023
Mit der ‚Sensor-Biene‘ kann untersucht werden, wie Bienen neuronal Umweltreize verarbeiten und wie ihr Sozialverhalten im Gehirn repräsentiert ist.  Christian Verhoeven (www.verhoevenfoto.de)
Mit der ‚Sensor-Biene‘ kann untersucht werden, wie Bienen neuronal Umweltreize verarbeiten und wie ihr Sozialverhalten im Gehirn repräsentiert ist. Christian Verhoeven (www.verhoevenfoto.de)

Ein internationales Team von Bienenforschenden unter Beteiligung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat einen Calcium-Sensor in eine Biene integriert. Mit seiner Hilfe kann die neuronale Informationsverarbeitung bei der Honigbiene, unter anderem die Reaktion auf Gerüche, untersucht werden. Dies gibt auch Aufschlüsse darüber, wie soziales Verhalten im Gehirn verortet ist, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift PLoS Biology erläutern.

Insekten sind wichtige sogenannte Modellorganismen für die Forschung. Denn auch wenn sich die Entwicklungslinien von Insekten und Menschen schon vor mehr als 600 Millionen Jahren getrennt haben, haben sie doch immer noch mehr als 60 Prozent der DNA gemeinsam.

Während seit über einem Jahrhundert vor allem die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) der Forschung dient, wird inzwischen immer mehr die Honigbiene (Apis mellifera) eingesetzt. Denn Bienen weisen ein komplexes Sozialverhalten auf - sie müssen Leistungen in den Bereichen Orientierung, Kommunikation, Lernen und Gedächtnis erbringen -, welches Bienen insbesondere auch für die Untersuchung der Gehirnentwicklung und neuronaler Prozesse interessant macht.

Ein Team von Forschenden der Universitäten in Düsseldorf, Frankfurt am Main, Paris-Saclay und Trient hat nun eine Methode entwickelt, um dem Bienengehirn direkt bei der Arbeit zusehen zu können. Von der HHU ist die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Martin Beye vom Institut für Evolutionsgenetik an der jetzt in PLoS Biology erschienenen Studie beteiligt.

Dazu wurde ein Calcium-Sensor ins Nervengewebe - die Neuronen - eingebaut. Calcium spielt eine wichtige Rolle bei der Aktivität von Nervenzellen. "Wir haben den genetischen Code von Honigbienen so verändert, dass ihre Gehirnzellen ein fluoreszierendes Protein produzieren. Dieses dient als Sensor, mit dem wir die Bereiche überwachen können, die als Reaktion auf Umweltreize aktiviert werden. Die Intensität des ausgestrahlten Lichts variiert je nach neuronaler Aktivität", erklärt Dr. Albrecht Haase, Professor für Neurophysik an der Universität Trient.

Prof. Beye weist darauf hin, dass "es eine besondere Herausforderung war, diese 'Sensor-Biene' zu realisieren. Denn wir mussten mit der DNA der Bienenkönigin arbeiten. Im Gegensatz zu Fruchtfliegen können Bienenköniginnen aber nicht einfach im Labor gezüchtet werden, da jede von ihnen zum Überlegen eine eigene Kolonie benötigt."

Die Arbeit begann damit, in über Viertauend Bieneneier eine spezifische genetische Sequenz einzuimpfen. Am Ende eines langwierigen Zucht-, Test- und Auswahlprozesses standen schließlich sieben Königinnen, die den genetisch kodierten Sensor in sich trugen. Wenn sie sich in ihrem eigenen Staat fortpflanzten, gaben sie das Gen an einige ihrer Nachkommen weiter.

Der von dem Forschungsteam entwickelte Sensor diente dann zur Untersuchung des Geruchssinns der Bienen und wie die Wahrnehmung von Geruch in den Neuronen genetisch kodiert ist. Prof. Dr. Julie Carcaud von der Universität Paris-Saclay und Prof. Dr. Jean-Christophe Sandoz, Forschungsdirektor am CNRS in Paris, erklären: "Die Insekten wurden mit verschiedenen Gerüchen stimuliert und mit einem hochauflösenden Mikroskop beobachtet. Auf diese Weise konnten wir feststellen, welche Gehirnzellen durch diese Gerüche aktiviert werden und wie diese Informationen im Gehirn verteilt werden."

Dr. Marianne Otte, Koautorin der Studie aus Düsseldorf: "Die Messungen am lebenden Tier wurden mit einem 'Konfokalen Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskop' durchgeführt, mit dem wir von außen ins Gehirn der Biene schauen können. Dazu wird das Tier in einen Messstand geschnallt und dann werden ihm verschiedene Geruchsproben präsentiert."

Prof. Dr. Bernd Grünewald von der Universität Frankfurt und Leiter des Instituts für Bienenkunde in Oberursel: "Mit der neuen 'Sensor-Biene' lässt sich untersuchen, wie die Kommunikation innerhalb von Kolonien funktioniert und wie sich die Sozialität allgemein auf das Gehirn der Tiere auswirkt."

Hintergrund: Konfokales Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskop

Bei einem solchen Gerät wird Licht aus verschiedenen Richtungen auf einen winzigen Punkt fokussiert. Nur wenn zum gleichen Zeitpunkt zwei Lichtteilchen (Photonen) auf eines der fluoreszierenden Proteine treffen, das an einen gerade aktiven Calciumkanal gekoppelt ist, wird dieses Protein angeregt. Anschließend gibt es Licht einer charakteristischen Wellenlänge ab, welches dann mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung aufgezeichnet wird.

Die Fressecke war beim Familienfest in Groß‑Enzersdorf ein echter Publikumsmagnet und zog zahlreiche Besucherinnen und Besucher an. Das junge Team aus Oberhausen brachte frische Energie, hohe Gastro‑Qualität und eine ordentliche Portion Street‑Food‑Charme mit und präsentierte moderne Food‑Truck‑Küche für Events jeder Art. Vor Ort stellte sich die...

Der traditionelle ÖVP‑Heurige verwandelte den Rathausplatz in Leopoldsdorf im Marchfeld erneut in ein stimmungsvolles Heurigen‑Platzerl und wurde damit zum beliebten Treffpunkt für Gäste aus der ganzen Region. Bei herrlichem Wetter sorgte zunächst der Musikverein mit einem abwechslungsreichen Musikprogramm für beste Unterhaltung, bevor später Tow...

Familienfest der SPÖ an der Stadtmauer in Groß‑Enzersdorf: Bei strahlendem Wetter füllte sich der Festplatz rasch mit Besucherinnen und Besuchern aus der gesamten Stadtgemeinde. Kinderflohmarkt, Streichelzoo, abwechslungsreiche Spielstationen und eine Kletterwand der Naturfreunde sorgten für durchgehende Aktivität und ein buntes Programm für die...

Zweimal lud der Karateverein Deutsch-Wagram Aktiv im Rahmen des Sommerferienprogrammes zu einem spannenden Schnuppertraining für Kinder ein. Unter dem Motto "Stark – Schnell – Konzentriert" konnten interessierte Mädchen und Buben am 16. Juli und am 18. August erste Erfahrungen mit der vielseitigen Kampfsportart Karate sammeln.

Seit Ende Juni ist René Zonschits Klubobmann der SPÖ im NÖ Landtag – und weiterhin Vizebürgermeister in Angern an der March. Warum genau diese doppelte Funktion ein Vorteil für die regionale Politik ist, erklärt er im Sommergespräch: Es geht um Gemeinden, die finanziell am Limit sind, um die geplante Schnellstraße S8 und den Ausbau der Nordbahn, um...

Am 19. August besuchten 59 Kinder im Rahmen des Ferienevents der Stadtgemeinde Strasshof das ORF Erlebnisstudio in Wien. Bei einer spannenden Tour durch Studios und Produktionsbereiche erfuhren sie Schritt für Schritt, wie eine Fernsehsendung entsteht – von moderner TV-Technik über die Regie bis hin zu verblüffenden TV-Tricks und Spezialeffekten....

Wann: Sonntag, 30. August 2026 (Premiere) und Mittwoch, 2. September 2026, jeweils 19.30 Uhr, Ende ca. 21.45 Uhr Wo: Neuer Burgsaal, Burg Perchtoldsdorf (statt wie ursprünglich geplant am Rodauner Kirchenplatz) Rahmen: Rodauner Theater Sommer 2026, in Kooperation mit dem Rock Rodaun Musikfestival Karten: 27 Euro für Erwachsene, 15 Euro für...

Wenige Stufen unter der Wiener Innenstadt, im Gewölbe der Krypta unter der Peterskirche, spielt das Ensemble der Oper in der Krypta Giuseppe Verdis "La Traviata" – und führt die Gattung zurück zu ihrem Ursprung: kein Orchestergraben, keine Bühnenmaschinerie, keine Distanz. Nur Stimmen, ein Flügel und ein Publikum, das den Sängerinnen und Sängern...

Am Bildungscampus Atzgersdorf läuft das Summer City Camp der Stadt Wien: 115 Kinder werden hier vom Wiener Familienbund und vom Wiener Jugendrotkreuz betreut – inklusive Angeboten für Kinder mit erhöhtem Betreuungsbedarf und Betreuung in Kleingruppen. Diese Woche steht unter dem Motto "Unser Planet & Wir" mit Ballolympiade, Umwelt-Rallye, Tanz- und...

Hangeln, klettern, ruhen: Orang-Utans verbringen den Großteil ihres Lebens in den Bäumen. Im Tiergarten Schönbrunn wurde die große Kletteranlage der Borneo-Orang-Utans nun weiter ausgebaut – mit Robinienstämmen der Österreichischen Bundesforste, zusätzlichen Seilen und einem weiteren Baumnest. Eine Nebelanlage kühlt und beschattet die Ruheplätze....

Share