Fettzellen spielen zentrale Rolle bei Vermeidungs-Lernen

Forschende von Universität und Uniklinikum Bonn decken lebenswichtigen Mechanismus auf

Wenn Menschen oder Tiere etwas essen, was bei ihnen zu Unwohlsein führt, gehen sie danach dieser Nahrungsquelle aus dem Weg. Unklar war bislang, wie genau dieses Vermeidungs-Lernen erfolgt. Eine neue Studie zeigt, dass dabei die Kommunikation zwischen Hirn- und Fettzellen eine wesentliche Rolle spielen könnte. Die Beteiligten der Universitäten Bonn und Tohoku (Japan) sowie des Universitätsklinikums Bonn haben den zuvor unbekannten Mechanismus in der Fruchtfliege Drosophila aufgeklärt. Er könnte in ähnlicher Form auch in Säugetieren und sogar im Menschen existieren. Die Ergebnisse sind jetzt in der Zeitschrift Neuron erschienen.

Wer schon einmal nach dem Genuss einer verdorbenen Frikadelle eine Magenverstimmung bekommen hat, der weiß, wie nachhaltig diese Erfahrung die Lust auf Hackbällchen trüben kann. In der Forschung spricht man auch von „konditionierter Nahrungs-Aversion“: Das Gehirn registriert die Immunreaktion auf die Bakterien und ihre Giftstoffe und zieht daraus den Schluss, diese Nahrungsquelle zukünftig zu meiden.

Wie die Entdeckung der Krankheitserreger durch das Immunsystem zu einer Änderung des Verhaltens führt, weiß man noch nicht. „Da diese erlernte Nahrungsvermeidung in allen Tierarten zu finden ist, sind wir dieser Frage in einem Modellorganismus nachgegangen – der Fruchtfliege Drosophila“, erklärt Prof. Dr. Ilona Grunwald Kadow. „In ihr können wir aufklären, wie Hirn und Körper miteinander interagieren, so dass es zu der lebenswichtigen Vermeidungsreaktion kommt.“

Fliegen bevorzugten anfangs mit Bakterien belastete Nahrung

Grunwald Kadow leitet das Institut für Physiologie II der Universität Bonn und des Universitätsklinikums Bonn. In der aktuellen Studie kooperierte ihre Arbeitsgruppe mit Forschenden der japanischen Tohoku-Universität. Die Beteiligten ließen ihren Versuchstieren die Wahl zwischen zwei Nahrungsquellen. Eine davon war mit dem krankmachenden Bakterium Pseudomonas entomophila versetzt. Die andere enthielt einen harmlosen Pseudomonas-Stamm. Ansonsten waren beide Quellen komplett identisch.

Fliegen, die noch keine schlechten Erfahrungen mit dem pathogenen Erreger gemacht haben, bevorzugen die schädliche Nahrung, weil der Geruch für sie anziehend ist. „Da dies lebensbedrohlich für die Tiere ist, haben wir uns gefragt, wie Tiere sich verhalten, die diese Bakterien mit der Nahrung aufgenommen haben“, erklärt die Wissenschaftlerin. In den Fliegen blieben die Erreger nicht lange unentdeckt: Das angeborene Immunsystem der Tiere verfügt über Sensoren, die in einem solchen Fall Alarm schlagen. „In unserem Experiment wurden bei ihnen Rezeptoren aktiviert, die auf Bestandteile der Bakterienwand ansprechen“, erklärt Grunwald Kadows Mitarbeiterin Yujie Wang. Sie hat im Rahmen ihrer Doktorarbeit einen großen Teil der Experimente durchgeführt.

Bakterien-Sensoren sorgen für Verhaltensänderung

Diese Sensoren sprechen vor allem auf den gefährlichen Pseudomonas-Stamm an, auf den harmlosen dagegen kaum. Viele von ihnen sitzen auf der Oberfläche spezieller Nervenzellen, die sich in der Nähe des Fliegen-Schlunds befinden. Diese Neuronen stehen über ihre Verzweigungen nicht nur mit dem Fliegengehirn in Verbindung, sondern auch mit einem Fett-Depot im Fliegenkopf. Schlagen die Rezeptoren bei Anwesenheit gefährlicher Mikroorganismen Alarm, führt das in den Nervenzellen zur Ausschüttung des Botenstoffs Octopamin, welcher eng mit Adrenalin verwandt ist. Dieser wandert durch die neuronalen Verzweigungen zum Fettdepot.

„In den Fettzellen veranlasst das Octopamin dann die Bildung eines weiteren Botenstoffs, des Dopamins“, sagt Grunwald Kadow. „Das Dopamin wiederum wird ins Fliegengehirn transportiert und sorgt dort dauerhaft für eine verstärkte Aktivierung von Nervenzell-Netzwerken, die für Lernen wichtig sind und eine Vermeidungs-Reaktion auslösen.“ Die Tiere werden nun also von dem Geruch krankmachender Bakterien eher abgeschreckt. „Wir konnten zeigen, dass die Fliegen nach der Erfahrung mit der verdorbenen Nahrung die Nahrungsquelle mit den harmlosen Keimen wählten“, erklärt die Wissenschaftlerin.

Sind ausgehungerte Fliegen weniger wählerisch?

Das Fettgewebe ist an dieser erlernten Verhaltensänderung maßgeblich beteiligt. Doch warum ist das so? „Wir wissen darauf noch keine definitive Antwort“, sagt Grunwald Kadow, die auch Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) „Life & Health“ der Universität Bonn ist. „Möglicherweise wird aber die Entscheidung der Fliegen dadurch an ihren Ernährungszustand gekoppelt.“

Denn wenn die Tiere ausgehungert sind, verfügen sie über weniger Fettzellen. Diese sollten damit auch entsprechend weniger Dopamin produzieren, wenn sie erfahren, dass mit der Nahrung krankmachende Bakterien aufgenommen wurden. Vielleicht sind abgemagerte Tiere daher also eher bereit, auf die verunreinigte Nahrungsquelle zurückzugreifen. „Das ist eine These, der wir momentan in weiteren Experimenten nachgehen“, erklärt die Wissenschaftlerin.

Die Ergebnisse sind möglicherweise auch für den Menschen relevant. Denn auch bei unserer Spezies produziert das Fettgewebe Botenstoffe, die auf unser Gehirn wirken und unseren Appetit beeinflussen können. Forschende vermuten heute, dass die Interaktion zwischen Gehirn, Organen und Fett bei Essstörungen wie Magersucht oder Fettleibigkeit nicht korrekt funktioniert. Die Taufliege Drosophila erlaubt es, Hypothesen wie diesen in einem einfachen Modellorganismus nachzugehen und die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen. Dieses Verständnis könnte helfen, das komplexe Zusammenspiel von Metabolismus, Immunsystem und Gehirn im Kontext von Krankheit zu beeinflussen.

Beteiligte Institutionen und Förderung:
An der Studie waren die Universitäten Bonn, Leipzig und Tohoku (Japan) sowie das Universitätsklinikum Bonn beteiligt. Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungs-gemeinschaft (DFG), das iBehave-Netzwerk des Landes NRW und die internationale Human Frontier Science Program Organization finanziert.

Publikation: Yujie Wang et. al.: A Bidirectional Brain-Fat Body Axis for Pathogen Avoidance; Neuron; DOI: 10.1016/j.neuron.2026.03.026
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2026.03.026

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Ilona Grunwald Kadow
Direktorin des Instituts für Physiologie II
Universität Bonn und Universitätsklinikum Bonn
Tel. +49 228 287 53202
E-Mail: ilona.grunwald@ukbonn.de

Bildmaterial:

Bildunterschrift:
Gewebeschnitt durch den Kopf einer Fruchtfliege: In Grün sind spezielle Nervenzellen zu sehen, die den Botenstoff Octopamin nutzen – sie verbinden das Gehirn mit verschiedenen Organen im Körper.

Bildnachweis: Mareike Selcho/Universität Leipzig

Bildunterschrift:
Querschnitt durch eine erwachsene Fliege: Die Octopamin-nutzenden Nervenzellen sind weiß dargestellt. Sie verlaufen vom zentralen Nervensystem zu verschiedenen Organen im Körper, darunter auch Muskeln (magenta).

Bildnachweis: Mareike Selcho/Universität Leipzig

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