Erbgut dreier Schimmelpilze entschlüsselt

Sporenträger des Gießkannenschimmels - Foto: Universität Karlsruhe (TH)

Karlsruher Forscher an internationalem Genom-Projekt beteiligt

Ein internationales Forscherkonsortium hat zum ersten Mal drei verwandte Schimmelpilzarten genetisch entschlüsselt. Es handelt sich um die drei Pilze Aspergillus oryzae, Aspergillus fumigatus und Aspergillus nidulans. „Die Ergebnisse zeigen, dass diese drei Schimmelpilze genetisch so unterschiedlich sind wie Fische und Menschen, obwohl sie zur gleichen Gattung der Giesskannenschimmel gehören“, erklärt Professor Dr. Reinhard Fischer, Leiter der Abteilung Angewandte Mikrobiologie der Universität Karlsruhe. Das Team um Fischer war an der wissenschaftlichen Arbeitsgemeinschaft zur Genomentschlüsselung beteiligt. Daneben gehört aus Deutschland auch die Gruppe um Professor Dr. Gerhard Braus vom Göttinger DFG-Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) am Institut für Mikrobiologie und Genetik der Georg-August-Universität in Göttingen zu diesem weltweiten Konsortium von rund 150 Wissenschaftlern, die sechs Jahre an dieser Untersuchung gearbeitet haben. Die Ergebnisse der Studie wurden im Dezember im Wissenschaftsmagazin „Nature“ veröffentlicht.

Aspergillen (Giesskannenschimmel) kommen in allen Klimazonen der Erde vor – von der Sahara bis zur Antarktis – und haben ganz unterschiedliche Bedeutungen für den Menschen. Fischer: „Sie dienen als Lebensmittelveredler, stellen Pencillin her oder können zu lebensbedrohlichen Infektionen bei immungeschwächten Patienten führen.“ Die Ergebnisse der Genom-Sequenzierung liefern den Wissenschaftlern die Grundlage für weitere genetische Untersuchungen. Fischer: „Es gibt kaum eine Gattung, von der gleich drei Genome auf einmal komplett sequenziert wurden.“ Sein Team wird auf dieser Grundlage die Rolle von biologischen Motoren in Aspergillus nidulans untersuchen. Diese kleinen, extrem leistungsfähigen Motoren bestehen aus dem Protein Kinesin und transportieren wichtige Bausteine in den Zellen. Dadurch ermöglichen sie das schnelle Wachstum der Pilze. Die gleichen Motoren kommen auch in den Nervenzellen vor und sorgen für den Langstreckentransport in den Neuronen. Auch hier ist der filamentöse Pilz ein hervorragendes Modell zur Aufklärung einiger Motorfunktionen, deren Kenntnis auch das Nervenwachstum im menschlichen Gehirn zu verstehen hilft. Dieser Aspekt wird in der Arbeitsgruppe in Göttingen untersucht.

Die Pilze in Kürze

Aspergillus fumigatus ist der gefährlichste aus der Aspergillen-Familie. Die durch ihn verursachte invasive Aspergillose dringt vor allem in die Lungen oder Neben- bzw. Stirnhöhlen ein, kann aber auch andere Organe, wie beispielsweise das Gehirn, befallen. Neben Leukämie-Patienten und Patienten nach Knochenmarkstransplantation greift die invasive Aspergillose immer häufiger auch andere Patientien (unter anderem HIV-infizierte) in Krankenhäusern an und ist äußerst schwierig zu behandeln. Bis zur Hälfte aller Infizierten sterben und einer von 25 Patienten, die in modernen westeuropäischen Krankenhäusern sterben, leiden an Aspergillosis. Der Pilz gilt daher als einer der teuersten für die weltweiten Gesundheitssysteme.

Aspergillus nidulans ist das klassische genetische Modell, mit dessen Hilfe seit den 1940er Jahren fundamentale genetische und zelluläre Prozesse erforscht werden. Er dient als Modellorganismus für alle seine Artgenossen und liefert das Fundament für alles Wissen über diese Pilzfamilie. Auch die Produktion von Lebensmitteln, industriell nutzbarer Enzyme oder Medikamente ist durch die Forschung an A. nidulans stark beeinflusst worden. Da das Genom dieses Pilzes nun entschlüsselt wurde, werden Wissenschaftler ihre zukünftigen Forschungen stark ausweiten und beschleunigen können, was auf neue und spannende Erkenntnisse über grundlegende zellbiologische Prozesse hoffen lässt.

Aspergillus oryzae wird sehr häufig in der traditionellen japanischen Küche verwendet, die vor circa 2000 Jahren in China entstand. Japanische Biotech-Firmen nutzen diesen Pilz vor allem für die Enzym-Produktion. Seine Bedeutung hat ihm in Japan den Spitznamen ‚kokkin’ eingebracht, was so viel bedeutet wie ‚nationaler Mikro-Organismus’. A. oryzae spaltet Stärke in Zucker und Proteine in Peptide und Aminosäuren, in dem er enorme Mengen an ‚hydrolytischen Enzymen’ produziert. Die Stärkehydrolyse ist Grundlage für die Sake (Reiswein)-Herstellung.

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