Infektiöse Selbstlosigkeit: Wie Eine Ameisenkolonie Zu Einem Sozialen Immunsystem Wird

Ameisen arbeiten zusammen, um einen tödlichen Pilz zu bekämpfen, indem sie die Infektion in der Kolonie verdünnen.

In dem 2011er Blockbuster-Thriller Contagion infiziert und tötet ein Virus 26 Millionen Menschen auf der ganzen Welt. Aber selbst diejenigen, die sich dem Virus entziehen, sind mit etwas anderem infiziert: lähmender Angst. Um den Ausbruch einzudämmen, verhängt das Militär eine Quarantäne. Die Menschen bleiben drinnen und weigern sich, mit jemandem außerhalb ihrer Familie zu interagieren. Das Berühren von Personen oder Gegenständen wird zu einem Risiko, da der Virus überall verweilt.

Ameisen machen die Dinge anders. Wenn ein tödlicher Pilz eine Ameisenkolonie infiziert, verbannen die gesunden Insekten nicht unbedingt ihre kranken Nestkameraden. Stattdessen begrüßen sie die Ansteckenden mit offenen Armen - oder besser gesagt mit offenem Mund - und lecken oft ihre Nachbarn, um die Pilzsporen zu entfernen, bevor die Krankheitserreger sprießen und wachsen. Anscheinend verdünnt eine solche Pflege die Infektion und verteilt sie dünn über die Kolonie. Anstatt ihre infizierten Kollegen allein zu lassen, um mit der Infektion fertig zu werden und zu sterben, teilen sich gesunde Ameisen die Last und infizieren absichtlich jeden in der Kolonie mit einer winzigen Dosis Pilz, die das Immunsystem jedes Einzelnen von selbst beseitigen kann. Eine solche "soziale Immunisierung" bereitet auch das Immunsystem gesunder Ameisen vor, um die Infektion zu bekämpfen. Dies sind die Schlussfolgerungen einer neuen Studie in der PLoS-Biologie vom 3. April.

Wenn Sie zum ersten Mal auf einen bestimmten Krankheitserreger stoßen - ein Virus, einen Pilz -, muss Ihr Immunsystem lernen, damit umzugehen. Wenn Sie zum zweiten Mal denselben Erreger treffen, ist Ihr Immunsystem bereit - es hat eine gewisse Resistenz entwickelt. Forscher haben herausgefunden, dass, wenn einige Mitglieder einer Ameisenkolonie zum ersten Mal einem Krankheitserreger ausgesetzt sind, alle Mitglieder dieser Kolonie - auch diejenigen, die ursprünglich nicht infiziert waren - Resistenzen gegen den Krankheitserreger aufbauen. Wie dies geschieht, war nie klar.

Um das Rätsel zu untersuchen, untersuchten Sylvia Cremer vom Institut für Wissenschaft und Technologie in Österreich und ihre Kollegen Lasius Neglectus, eine häufig vorkommende Ameise, die Superkolonien bildet, und Metarhizium anisopliae, einen parasitären Pilz, der sich von vielen Insekten ernährt und diese tötet. Sobald sich die Pilzsporen auf dem Körper eines Insekts niederlassen, keimen sie und dringen mit wurzelartigen Strukturen, Hyphen genannt, in das Exoskelett ein. Schließlich saugt der Pilz alle Nährstoffe aus dem Insekt heraus und verkrustet seine entleerte Schale in etwas, das wie grüner Schimmel aussieht.

Um den Lebenszyklus des Erregers zu unterbrechen, lecken einige Ameisen Pilzsporen von anderen ab. Während sich die Ameisen gegenseitig pflegen, töten Bakterien auf ihrer Haut sowie spezialisierte Drüsen im Mund, die als infrabukkale Taschen bezeichnet werden, die meisten Sporen, die sie aufschlagen. Später spucken die Ameisen einen verdichteten Ball toter Sporen aus. Aber Cremer und ihre Kollegen vermuteten, dass nicht alle Sporen getötet werden und dass gesunde Ameisen durch die Pflege infizierter Gleichaltriger einige Sporen auf ihrem Körper haben.

Cremer und ihre Teamkollegen testeten diese Vermutungen, indem sie zuerst M. anisopliae-Sporen mit einem Protein markierten, das unter ultraviolettem Licht rot leuchtet, und anschließend 15 Ameisen den charakteristischen Sporen aussetzten. Zwei Tage später sezierten die Forscher die Ameisen unter einem Mikroskop und entdeckten die errötenden Sporen an 17 von 45 Ameisen, die sie dem Pilz nicht direkt ausgesetzt hatten. Cremer kam zu dem Schluss, dass diese Ameisen die Sporen aufgenommen haben müssen, indem sie ihre infizierten Nestkameraden gepflegt haben. Die Infektion hatte die Kolonie heimgesucht. Als die Forscher die Ameisen sezierten und ihre Körperteile in Agarplatten legten, wuchsen Pilze auf 64 Prozent der Ameisen, die nicht direkt den Sporen ausgesetzt waren - ein noch größerer Teil der Kolonie, als die Wissenschaftler zuerst mit UV-Licht nachgewiesen hatten.

"Obwohl 60 bis 80 Prozent der Nestkameraden an der Krankheit erkrankten, starben nur etwa 2 Prozent der Ameisen", erklärt Cremer. "Solche Infektionen auf niedrigem Niveau waren tatsächlich von Vorteil, da sie die direkt exponierten Ameisen retteten und bei den gesunden Ameisen Resistenzen aufbauten."

Als Cremer die Genaktivität von Ameisen analysierte, die Sporen von infizierten Gleichaltrigen aufnahmen, stellte sie fest, dass Gene, die für antimykotische Proteine kodieren, sowie allgemeinere Immunproteine aktiver als gewöhnlich waren. Das Entfernen von Pilzsporen von Gleichaltrigen scheint das Immunsystem auf die Bekämpfung von Kollateralinfektionen vorzubereiten. Als Cremer gesunde Ameisen daran hinderte, infizierte Ameisen zu berühren, breitete sich die Infektion nicht aus, die nicht infizierten Nestkameraden belebten ihr Immunsystem nicht und viele der einsamen Ameisen starben. Cremer beobachtete auch, dass gesunde Ameisen in den ersten zwei Tagen nach der Infektion besonders auf kranke Nestkameraden achten, was sinnvoll ist, da es normalerweise zu spät ist, um eine vollständige Infektion und den Tod zu verhindern, wenn die Sporen nicht innerhalb dieses Zeitraums entfernt werden.

Cremer und ihre Kollegen glauben, dass die neu beobachteten Wechselwirkungen zwischen gesunden und kranken Ameisen sowie der genetische Nachweis erhöhter Immunantworten erklären, wie eine ganze Ameisenkolonie Resistenzen gegen einen Krankheitserreger entwickelt, selbst wenn nur einige der Ameisen direkt ausgesetzt sind dieser Erreger. Obwohl jedes Insekt sein eigenes Immunsystem hat, scheinen Ameisen ein zweites Immunsystem entwickelt zu haben - eine kolonieweite Immunantwort auf eine Infektion. Um die Ansteckung zu verhindern, nehmen Ameisen sie an.

Rebeca Rosengaus von der Northeastern University war beeindruckt von der Vielzahl von Experimenten und Analysen in der neuen Studie, die "weitere Unterstützung dafür bietet, dass soziale Immunität ein echtes Phänomen ist, nicht nur bei Ameisen, sondern auch bei Termiten und wahrscheinlich eusozialen Wespen und Bienen." auch." In früheren Arbeiten entdeckte Rosengaus, dass Termiten, die einem Pilz ausgesetzt waren, sich gegenseitig warnen, indem sie "im Wesentlichen einen Anfall haben" - wie verrückt herumhüpfen und ihre Köpfe gegen ihre Nestwände schlagen, um gesunde Gleichaltrige fernzuhalten. Sie fand auch Hinweise darauf, dass Ameisen die Immunität gegen bakterielle Infektionen verbreiten, indem sie Immunproteine in Futtertröpfchen übertragen, die von einem Ameisenmaul zum anderen gelangen. "Es widerspricht dem, was Sie vielleicht denken. Weil so viele Menschen so eng zusammenleben, wenn jemand krank wird, besteht die Möglichkeit, dass jemand anderes krank wird, aber durch soziale Immunisierung scheint es der gesamten Kolonie besser zu gehen."