Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erstes Pilzgift bei Candida albicans entdeckt

29.04.2016

Wissenschaftlern aus Jena, Borstel, Aberdeen und London gelingt es, im Pilz Candida albicans ein Gift nachzuweisen, das entscheidend an dessen Aktivität als gefährlicher Krankheitserreger beteiligt ist. Ihre Entdeckung wurde nun in Nature veröffentlicht.

Die Evolution hat eine Menge Tricks hervorgebracht, mit denen Krankheitserreger sich in ihrem Wirt ansiedeln und diesen schädigen können: Viren kapern ganze Zellen und wandeln sie in Fabriken um, in denen sie sich selbst vermehren bis die Zelle erschöpft zugrunde geht.


Candida albicans hat sich als Hefezelle auf Mundschleimhaut angeheftet und eine Hyphe gebildet. Sie produziert dabei das jetzt von einem deutsch-britischen Forscherteam gefundene Toxin Candidalysin.

Holland, Özel, Zakikhany, Hube


Eine von Candida albicans gebildete fadenförmige Hyphe dringt in eine Mundschleimhautzelle ein. Sie bildet dabei das Toxin Candidalysin, wie ein internationales Forscherteam jetzt zeigen konnte.

Holland, Özel, Zakikhany, Hube

Infektiöse Bakterien bilden eine unüberschaubare Vielzahl kleiner oder größerer Moleküle, die beispielsweise den Stoffwechsel der Zelle durcheinander bringen oder diese einfach verdauen. Und krankheitserregende Pilze?

Wir kennen Giftpilze, deren Verzehr uns nicht nur großes Unbehagen, sondern auch ewigen Frieden verschaffen kann. Dass aber ein solches Gift einen mikroskopischen Pilz zu einem gefährlichen Krankheitserreger machen kann, der unsere Gewebe und Organe besiedelt und Infektionen hervorruft, konnte bisher nicht gezeigt werden. Jahrzehntelang waren Wissenschaftler auf der Suche nach Molekülen, die direkt für Gewebeschädigungen und den Verlauf einer Pilzinfektion entscheidend sind.

Solche Toxine, die die Gefährlichkeit oder Aggressivität eines Erregers maßgeblich bestimmen und ihn von ungefährlichen Vertretern der gleichen Art unterscheiden, konnten bei infektiösen Pilzen einfach nicht gefunden werden. Bedauerlich, denn dieses Wissen wäre Gold wert, um Krankheitsmechanismen zu verstehen und entsprechende Maßnahmen dagegen einzuleiten.

Für eine entsprechende Überraschung sorgte daher die Entdeckung eines deutsch-britischen Forscherteams: Mikrobiologen aus Jena, Borstel, Aberdeen und London ist es nun erstmals gelungen, beim Hefepilz Candida albicans – einem normalerweise harmlosen Darmbewohner, der bei vielen Menschen im Laufe ihres Lebens Infektionen hervorruft – ein echtes Toxin zu finden.

Candidalysin, so der Name des Giftes, bildet an der Membran der Wirtszelle Löcher und kann sie so zerstören. Am Beispiel von Schleimhautzellen des Mundes konnten die Wissenschaftler diesen Mechanismus nachweisen. Solche oralen Infektionen mit Candida albicans sind extrem häufig bei HIV-Patienten, aber auch bei sehr jungen und alten Menschen mit einem schwachen Immunsystem.

Die Arbeitsgruppe von Julian Naglik am King’s College in London, die schon länger an Pilzbefall im Mundraum forscht, lieferte hierfür den Anstoß. In Jena kümmerte sich das Team um Bernhard Hube am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut –(HKI) indes um die molekulare Ebene des Aufeinandertreffens zwischen Pilz und Wirt.

Sie konnten beweisen, dass Candidalysin tatsächlich eine Schädigung in der Wirtszelle verursacht. Hinzu kam der Biophysiker Thomas Gutsmann am Leibniz-Zentrum für Medizin und Biowissenschaften Borstel, der mit seiner Gruppe die Einwirkung des Giftes auf die Zellmembran untersuchte. Weitere Forscher aus Großbritannien und den USA lieferten Beiträge. Eine äußerst glückliche Kombination von Einzelexpertisen, die eine solche Entdeckung möglich machte.

Doch warum fanden die Forscher erst nach Jahrzehnten der intensiven Suche das entscheidende Molekül? Ähnliche toxische Verbindungen – Peptide – kennt man von anderen Krankheitserregern schon lange. Der Clou ist, dass Candida zunächst ein weitaus größeres Molekül – ein Polypeptid – bildet. Das dafür codierende Gen ist seit langem bekannt, dessen Funktion blieb bisher ein Rätsel.

Erst jetzt, durch modernste Analytik und den Wissensgewinn der letzten Jahre konnten Naglik, Hube und Kollegen das kleine Molekül aufspüren. Sie erkannten, dass das Polypeptid durch ein bestimmtes Enzym in mehrere kleine Teile zerschnitten wird. Eines davon ist das nun entdeckte Candidalysin. Die Wissenschaftler tauften es auf diesen Namen, da es zur Auflösung der Zelle beiträgt, sie also „lysiert“. Aus einer ungefährlichen Vorstufe wird also erst dann das eigentliche Gift freigesetzt, wenn es vom Erreger benötigt wird.

Diese Vorgänge stehen in engem Zusammenhang mit einem weiteren für die Krankheitsentstehung wichtigen Mechanismus: Candida albicans weist zwei verschiedene Wachstumsformen auf. Der Pilz kann als eiförmige typische Hefezelle oder in fadenförmiger Hyphenform vorkommen. Betritt er in geringen Mengen als Hefezelle die Bühne, erkennt das Immunsystem, dass es (vorerst) nichts zu befürchten hat.

Bildet er aus den runden Zellen heraus Fäden, die sich fest am Wirtsgewebe ansiedeln, gilt höchste Vorsicht für den Menschen und sein Immunsystem. Ausgehend von dieser Erkenntnis, die bereits in den 1990er Jahren gewonnen wurde, entwickelten Wissenschaftler verschiedene Mutanten des Pilzes. Erst als eine Mutante, der das Gen für das große Vorläufermolekül von Candidalysin fehlte, in Modellen mit Mundschleimhautzellen untersucht wurde, kamen die Wissenschaftler auf die richtige Spur.

Das Molekül ist nicht nur für den Pilz, sondern auch für das Immunsystem des Wirts entscheidend. Sobald sich der Pilz an die Wirtszelle heftet und diese damit beschädigt, erkennt der Wirt das Toxin Candidalysin und damit den Pilz. So setzt dessen Immunsystem zum Gegenangriff an.

„Das ist ein wunderbares Beispiel für Koevolution“, sagt Bernhard Hube, Professor an der Friedrich-Schiller-Universität und Abteilungsleiter am HKI. „Der Krankheitserreger hat ein Toxin erfunden, um einen Organismus zu besiedeln. Der Wirt steht dem in nichts nach und leitet Gegenmaßnahmen ein.“ Offen bleibt nun jedoch noch, welche biologische Funktion das Gift im normalen Leben hat, dann nämlich, wenn der Pilz keine Infektion auslöst, sondern als friedlicher Mitbewohner Schleimhäute besiedelt.
„Der jetzt erreichte Durchbruch in der Infektionsforschung an Pilzen zeigt sehr deutlich“, so Hube, „dass neben einer gehörigen Portion Beharrlichkeit vor allem eine genaue Beobachtungsgabe für den Erfolg in der Wissenschaft wichtig ist.

Das kleinste Ergebnis und jede Beobachtung muss ständig neu durchdacht und interpretiert werden, bis sich uns die molekulare Wirklichkeit tatsächlich offenbart. Entscheidend dafür ist jedoch die phantastische internationale Zusammenarbeit im Forscherteam. Für die beteiligten Wissenschaftler aus der Leibniz-Gemeinschaft ist das ihr ganz spezieller Beitrag zum Leibniz-Jubiläumsjahr.“

Auch in Zukunft wird der Pilz Candida albicans und sein Gift Candidalysin von Interesse für die Wissenschaftler aus Jena, Borstel und London sein. Wie sieht die Auseinandersetzung zwischen Gift und Immunsystem auf molekularer Ebene aus? Wirkt das Gift auch auf Bakterien? Gibt es einen Austausch zwischen Candidalysin und Bakterien in gemeinsamen Lebensräumen wie dem menschlichen Darm? Welche Aufgabe übernehmen andere genetische Bestandteile des Pilzes bei der Infektion?

Originalpublikation
Moyes DL, Wilson D, Richardson JP, Mogavero S, Tang SX, Wernecke J, Höfs S, Gratacap RL, Robbins J, Runglall M, Murciano C, Blagojevic M, Thavaraj S, Förster TM, Hebecker B, Kasper L, Vizcay G, Iancu SI, Kichik N, Häder A, Kurzai O, Luo T, Krüger T, Kniemeyer O, Cota E, Bader O, Wheeler RT, Gutsmann T, Hube B, Naglik JR (2016) Candidalysin is a fungal peptide toxin critical for mucosal infection. Nature 532, 64–68, doi:10.1038/nature17625. www.nature.com/nature/journal/v532/n7597/full/nature17625.html

Weitere Informationen:

http://www.leibniz-hki.de

Dr. Michael Ramm | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht IGF macht's möglich: Lemgoer Forschungsteam entwickelt neues Verfahren zur Abwehr von Noroviren auf Obst und Gemüse
26.02.2020 | Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.

nachricht Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln
26.02.2020 | Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Im Focus: From China to the South Pole: Joining forces to solve the neutrino mass puzzle

Study by Mainz physicists indicates that the next generation of neutrino experiments may well find the answer to one of the most pressing issues in neutrino physics

Among the most exciting challenges in modern physics is the identification of the neutrino mass ordering. Physicists from the Cluster of Excellence PRISMA+ at...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

IGF macht's möglich: Lemgoer Forschungsteam entwickelt neues Verfahren zur Abwehr von Noroviren auf Obst und Gemüse

26.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Wege im Kampf gegen die Parkinson-Krankheit: HZDR-Forscher entwickeln Radiotracer für die Differentialdiagnostik

26.02.2020 | Interdisziplinäre Forschung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics