Wie Geruch das Verhalten steuert

Allerdings sind die neuronalen und genetischen Prozesse, die geruchsgesteuertem Verhalten zugrunde liegen, kaum erforscht. Da die neuroanatomischen und funktionellen Eigenschaften der Fruchtfliege Drosophila melanogaster denen von Säugetieren ähneln, aber weniger komplex sind, ist die Fliege ein ideales Forschungsobjekt. So untersuchte das EU-finanzierte Projekt OLFACTORYIGLURS (Olfactory perception in Drosophila: analysis of a novel iGluR-related family of odorant receptors) an diesem Tiermodell geruchsgesteuertes Verhalten.

Die Geruchsrezeptoren von Drosophila (ionotrophe Rezeptoren, IR) ähneln strukturell den ionotropen Glutamatrezeptoren (iGluRs) im Nervensystem von Wirbeltieren. Anhand dieser IR sollten nun Funktion und Evolution von Geruchsrezeptoren und die sensorische Signalgebung im Gehirn geklärt werden.

Mit Methoden der evolutionären Genomik und In-situ-Expressionsanalysen wurden zwei IR-Unterfamilien entdeckt, die Teil des olfaktorischen Systems von Protostomia (Urmundtieren) sind, einem Zweig im Tierreich, dem Arthropoden, Nematoden und Weichtiere (Mollusken) angehören. So genannte "Antennen-IR" sind bei Insekten zu finden, die artspezifischen "divergenten IR" hingegen in peripheren und inneren Geschmacksnerven, womit sie eher für die Geschmackserkennung wichtig sind.

Intensiv wurde mittels elektrophysiologischen Analysen und Zellbildgebung an der molekularen Architektur der IR und deren neuronalen Schaltkreisen geforscht. Experimentell konnten damit neue Einblicke in die periphere IR-Architektur und deren Funktion gewonnen werden. IR bieten interessante Möglichkeiten mit vielen praktischen Anwendungen, etwa als maßgeschneiderte Chemorezeptoren.

Analysen neuronaler IR-Schaltkreise zeigten, wie IR chemische Signale wahrnehmen, und welche räumlich-zeitlichen Muster bei neuronalen Aktivitäten im Gehirn ablaufen. Auf diese Weise gelang es, die Eigenschaften chemosensorischer IR-Systeme mit anderen chemosensorischen Rezeptoren zu vergleichen und damit Entwicklung und Funktion der IR genauer zu klären. Durch Manipulation einzelner sensorischer IR-Signalwege kann nun auch geruchsgesteuertes Verhalten untersucht werden.

Das Projekt bietet damit neue Möglichkeiten zur Schädlingsbekämpfung, indem das Verhalten über das olfaktorische System verändert wird, oder für die Schadstoffdiagnose und klinische Diagnostik. Von Bedeutung sind die Ergebnisse vor allem für die chemische Ökologie, Neurowissenschaften, Evolutionsbiologie und Biomedizin.