Op weg naar bij-vriendelijke insecticiden

Aziatische (reuzen)hoornaars bedreigen onze honingbijen

In 2004 nestelde de Aziatische hoornaar zich voor het eerst in het zuidwesten van Frankrijk, ver buiten hun natuurlijke leefgebied in Azië. Sindsdien zijn deze insecten, dankzij hun uitstekend aanpassingsvermogen, erin geslaagd om zich te verspreiden over tal van Europese landen, waaronder België.

Recent vestigde een verwante hoornaar soort, de Aziatische reuzenhoornaar zich in Noord-Amerika. Door een gebrek aan natuurlijke vijanden in deze regio’s en door de klimaatopwarming verwachten wetenschappers dat hun verspreiding enkel maar zal toenemen.

Hoornaars jagen voornamelijk op andere insecten die ze nadien voeden aan hun larven. Honingbijen zijn hierbij hun favoriete slachtoffer. Enkele hoornaars zijn voldoende om de populatie van één bijenkolonie met meer dan de helft te doen afnemen.

In tegenstelling tot de Aziatische honingbijen hebben onze Europese honingbijen nog geen verdedigingsmechanisme ontwikkeld tegen deze insecten. Samen met het huidige pesticidengebruik in de landbouw en de opwarming van de aarde dragen deze ‘slachtpartijen’ dan ook bij tot de schrikwekkende daling in onze Europese honingbijenpopulatie.

Foto: haim charbit via Pixabay

Honingbijen vormen immers een belangrijk onderdeel van ons ecosysteem om diverse redenen. Naast producenten van honing zijn deze bijen namelijk ook de belangrijkste bestuivers van onze planten en gewassen. Een daling van de bijenpopulatie zorgt dus niet alleen voor ecologische, maar ook economische problemen en leidt tot veel onrust bij onze imkers en landbouwers.

Moeizame bestrijding

Door het gevaar dat deze hoornaars vormen voor onze bijenpopulatie is het vinden van een selectieve bestrijdingsmethode dan ook cruciaal. Wetenschappers zijn strategieën aan het bestuderen om de populatie van hoornaars op een biologisch veilige manier in te perken.

Deze strategieën zijn veelal gebaseerd op het aantrekken en vangen van hoornaars met behulp van lokmiddelen. Soms gebeurt dit in combinatie met het infecteren van de insecten met natuurlijke parasieten of het merken van de hoornaars met een zendertje om hun nest te vinden en ze uit te roeien.

Hoewel deze methoden een goed alternatief lijken voor de gangbare insecticiden, vertonen ze toch enkele tekortkomingen. Zo trekken de lokmiddelen ook andere insecten aan, waardoor hoornaars maar een klein percentage van de totale vangst uitmaken. Daarnaast is het moeilijk om deze strategieën op grote schaal in te voeren, waardoor ze hun verspreiding amper kunnen afremmen.

Om deze redenen zijn insecticiden nog steeds de meest gebruikte bestrijdingsmethode tegen hoornaars. Insecticiden interfereren met specifieke kanalen in de zenuwcellen van de insecten die toelaten elektrische prikkels doorheen het lichaam te geleiden. Hierdoor leggen zij het zenuwstelsel van de insecten volledig lam met de dood van de hoornaars, en vaak ook nuttige insecten, tot gevolg.

Ondanks hun populariteit in het behandelen van insectenplagen zijn deze insecticiden geen duurzaam bestrijdingsmiddel. Ze maken geen onderscheid tussen de verschillende insectensoorten en zijn vaak ook schadelijk voor de mens. Daarnaast hebben veel insectensoorten een resistentie tegen insecticiden ontwikkeld, wat de vraag naar alternatieve strategieën nog meer doet toenemen.

Neurotoxines als alternatief

Verschillende planten en dieren hebben een gif ontwikkeld om zich te beschermen tegen vijanden of om hun prooi aan te vallen. Dit gif bestaat vaak uit een mengeling van stoffen, waaronder neurotoxines, die inwerken op een specifiek doelwit in het zenuwstelsel – net als insecticiden.

Het voordeel van deze stoffen is dat ze heel selectief te werk gaan. Zo is bewezen dat ze de werking van specifieke kanalen verstoren in één organisme terwijl ze geen effect hebben op soortgelijke kanalen in andere organismen.

Doordat ze soort-specifiek zijn, vormen ze een krachtig alternatief voor de huidige insecticiden. Vooraleer we de zoektocht naar zo’n specifieke toxine kunnen starten, moeten we mogelijke kanalen in de hoornaar identificeren en kenmerken.

Kalium ionkanalen als nieuw doelwit

Een van de voornaamste doelwitten van neurotoxines zijn spanningsafhankelijke natrium en kalium ionkanalen. Deze eiwitten zitten in de celmembraan van zenuwcellen waar een elektrische spanning, die over de membraan heerst, hun opening reguleert. Een verandering in deze spanning zorgt voor het openen van de kanalen waardoor ze selectief natrium of kalium ionen kunnen doorlaten.

Mechanisme van N-type inactivatie. Links: Open kanaal. Rechts: Shaker kanaal in geïnactiveerde toestand. De kanaalporie wordt geblokkeerd waardoor kalium ionen niet meer door de opening kunnen stromen. Foto: Maxime Lammens, gecreëerd via BioRender.

In dit geval ligt de focus op de spanningsafhankelijke kalium ionkanalen van het Shaker subtype in zowel de Aziatische reuzenhoornaar als de Europese honingbij. Opvallend is dat de Shaker kalium ionkanalen van de reuzenhoornaar en de honingbij functioneel van elkaar verschillen.

Naast het openen van de kanalen ten gevolge van een verandering in de membraanspanning, kenmerken de kanalen van de hoornaar zich ook door een inactivatie die hier snel op volgt, ook wel N-type inactivatie genaamd. Deze inactivatie wordt veroorzaakt door een onderdeel van het ionkanaal dat de porie blokkeert en zo verhinderd dat kalium ionen nog doorheen de opening kunnen stromen.

De Shaker ionkanalen van de Europese honingbij daarentegen missen dat afsluitend deel van het kanaal en vertonen bijgevolg geen N-type inactivatie. Hierdoor kan kalium voortdurend doorheen de opening stromen tot wanneer de membraanspanning terugkeert naar zijn rusttoestand.

Als we nu een toxine kunnen vinden dat de inactivatie in de kanalen van de hoornaar kan verhinderen, kan deze de werking verstoren en daardoor een oplossing bieden om de verspreiding van de hoornaars tegen te gaan. Doordat dit geen effect heeft op de kanalen van de honingbij, zou zij gespaard blijven van schadelijke neveneffecten.

De toekomst van insecticiden

Met zijn project legt Maxime de basis voor het ontwikkelen van duurzame soort-specifieke insecticiden die trachten de bijenteelt te beschermen en de negatieve effecten van de hoornaar invasie tegen te gaan.

Farmacologisch onderzoek - dat in de onderzoeksgroep van Maxime aan de gang is - moet nu aantonen welke stoffen of toxines inderdaad geschikt zijn om selectief de hoornaars te bestrijden. Maar dat dit mogelijk moet zijn, staat vast.

Dit onderzoek toont ook aan dat, als we nieuwe bestrijdingsmethoden willen ontwikkelen, het belangrijk is om doeleiwitten in verschillende insectensoorten te karakteriseren. Zo kunnen we in de toekomst de schadelijke breedspectrum insecticiden vervangen door meer selectieve en natuurlijke alternatieven om zo ons ecosysteem te beschermen.

Meer weten over dit onderzoek? Lees dan gerust de paper van Maxime en zijn collega's of contacteer Maxime via maxime.lammens@ugent.be.