Die Auswirkungen des Neonicotinoids Thiamethoxam auf den Glucosemetabolismus der Honigbiene (Apis mellifera)

Abstract

Neonicotinoide sind Insektizide, welche als Agonisten zur Überstimulierung der nikotinischen Acetylcholinrezeptoren und damit zum Tod des Zielorganismus führen. Ziel der vorliegenden Dissertation war es die Auswirkungen des Neonicotinoids Thiamethoxam auf den Glucosemetabolismus der Biene zu untersuchen. Dabei wurde erstmals der gesamte Organismus vom Verhalten über Physiologie bis hin zur molekularen Ebene untersucht. In Verhaltensexperimenten zeigte sich, dass Thiamethoxam das Fraßverhalten verändert und nach Fütterung die Dynamik des Hämolymph-Glucosespiegels verändert. Diese physiologischen Veränderungen liefern erste Hinweise darauf, dass Thiamethoxam den Glucosemetabolismus der Biene beeinflusst. Um die veränderte Dynamik des Hämolymph-Glucosespiegels zu erklären, wurde der Verdauungstrakt untersucht. Es zeigte sich, dass Thiamethoxam keinen Einfluss auf die Funktion des Proventriculus und des Mitteldarms hat. Auf molekularer Ebene konnte gezeigt werden, dass Thiamethoxam die Proteinmenge der Glucosetransporter Glut1 a und Glut1 b und die mRNA Menge der Transporter beeinflusst. Diese systemische Arbeit an der Honigbiene zeigt auf allen untersuchten Ebenen einen Einfluss von Thiamethoxam auf den Glucosemetabolismus. Obwohl Neonicotinoide spezifisch auf Insekten wirken, können auch im Säugetier heterogene Effekte beobachtet werden. Da der Glucosemetabolismus in Tieren konserviert ist, ist es denkbar, dass Neonicotinoide hier eingreifen und so zu den beobachteten Effekten führt.

Neonicotinoids are pesticides that act agonistically on insect nicotinic acetylcholine receptors leading to paralysis and death. Although neonicotinoids have been designed to bind specifically to insect receptors, chronic exposure to neonicotinoids is also connected to metabolic dysfunctions in mammals. This poses the hypothesis that neonicotinoids affect the regulation of glucose metabolism, which, in turn affects neuronal and cognitive functions. To address this question, I investigated the effects of Thiamethoxam on systemic and molecular aspects of glucose metabolism in the honeybee It could be demonstrated that Thiamethoxam affects the consumption of sugar and water in honeybees. Determination of the glucose levels in the hemolymph demonstrates an effect of Thiamethoxam on the dynamic of the hemolymph glucose level after feeding. By using especially adapted techniques I could exclude that Thiamethoxam compromises the morphology or function of the proventriculus or the midgut, two main components of the digestive tract. The subsequent investigation of the Glucosetransporters Glut1 a and Glut1 b, however showed that Thiamethoxam affects the amount of both transporters in different tissues of the honeybee. Moreover, Thiamethoxam lowered the level of mRNA of Glut1 b. A potential impact of Thiamethoxam on histone modifications and thus on the later processes could be excluded. In summary, this is the first investigation connecting behavioral with the molecular level and provides evidence that Thiamethoxam affects glucose metabolism in the honey bee.