Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich ein Pilz im Körper unsichtbar macht

06.02.2020

Das menschliche Immunsystem kann Pilze leicht erkennen, weil ihre Zellen von einer festen Zellwand aus Chitin und anderen komplexen Zuckern umgeben sind. Forscher der Universität Münster haben herausgefunden, dass sich ein pilzlicher Krankheitserreger, Cryptococcus neoformans, mithilfe eines Enzyms vor dem Immunsystem versteckt. Die Studie ist in der Fachzeitschrift "PNAS" erschienen.

Während es Viren und Bakterien regelmäßig schaffen, den menschlichen Organismus zu infizieren, gelingt das Pilzen nur sehr selten. Der Grund: Sie sind für das menschliche Immunsystem sehr leicht zu erkennen, da ihre Zellen von einer festen Zellwand aus Chitin und anderen komplexen Zuckern umgeben sind.


Modell des Enzyms Chitosan-Deacetylase (türkis) mit seinem Substrat Chitosan (hellgrün), das im aktiven Zentrum des Enzyms gebunden ist.

Martin Bonin

Chitin ist sozusagen das Alarmzeichen für das Immunsystem, auf das es mit einem ganzen Arsenal von Abwehrwaffen reagiert. Manche Pilze aber haben offenbar gelernt, dieser für sie fatalen Erkennung zu entgehen:

Sie besitzen Enzyme namens Chitin-Deacetylase, mit denen sie einige der Chitin-Bausteine verändern. So entsteht ein sogenanntes Chitosan, ein Biopolymer, das für das Immunsystem unsichtbar ist.

Ein besonders aggressiver Pilz, Cryptococcus neoformans, der vor allem bei immungeschwächten Patienten leicht zu einer tödlichen Infektion führen kann, besitzt gleich vier Gene, die solche Enzyme zu codieren scheinen.

Bisher konnten Forscher aber nur für drei von ihnen zeigen, dass sie wirklich Chitin-Deacetylasen sind – die Funktion des vierten Proteins war unbekannt.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben jetzt dieses vierte Enzym genau untersucht und herausgefunden, dass es sich bei dem Enzym um eine zuvor noch nicht beschriebene Chitosan-Deacetylase handelt.

Die Studie ist in der Fachzeitschrift „PNAS“ (Proceedings of the National Academy of Sciences) erschienen.

Hintergrund und Methode:

Chitin ist ein Polysaccharid, also ein Riesenmolekül aus tausenden von Einzelzuckern, die wie eine Perlenkette hintereinander aufgereiht sind. Es erfüllt in Pilzzellwänden die gleiche Rolle wie die besser bekannte Zellulose in den Zellwänden von Pflanzen.

Im Gegensatz zu Zellulose, die aus dem Einfachzucker Glukose aufgebaut ist, besteht Chitin aus N-Acetylglukosamin-Einheiten, also einem komplizierteren Einfachzucker, der eine basische Aminogruppe trägt, woran ein Essigsäuremolekül gebunden ist.

Das Enzym Chitin-Deacetylase entfernt einige der Essigsäuremoleküle in der Chitinkette, jedoch nicht alle, sodass als Produkt Chitosan entsteht. Chitosan setzt sich also aus zwei verschiedenen Einfachzuckern zusammen: dem Chitin-Baustein N-Acetylglukosamin und dem Chitosan-Baustein Glukosamin.

Die Forscher um Prof. Dr. Bruno Moerschbacher vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der WWU entwickelten biotechnologische Methoden, um solche Gene in das Bakterium E. coli einzubringen und die in diesen Bakterien produzierten Enzyme im Detail zu charakterisieren.

Mithilfe moderner Massenspektrometrie sequenzierten sie die Produkte der Enzyme, entschlüsselten also die Abfolge von Chitin- und Chitosan-Bausteinen. Im Anschluss konnten sie die Bioaktivitäten der Produkte analysieren und so die Zusammenhänge zwischen ihren Strukturen auf der einen Seite und ihren Funktionen auf der anderen Seite verstehen.

„Offenbar benötigen die Chitin-Deacetylasen mehrere Chitin-Bausteine hintereinander in der Kette, um das Molekül anzugreifen und eine Essigsäure zu entfernen“, erklärt Biochemiker Bruno Moerschbacher. „Daher bleiben am Ende immer einige Chitin-Bausteine übrig. Die neue Chitosan-Deacetylase kann dann diese letzten Essigsäure-Moleküle auch noch entfernen.“

Der Verdacht lag auf der Hand, dass erst dieser letzte Schritt den Pilz wirklich für das menschliche Immunsystem unsichtbar macht. Und tatsächlich: In Zusammenarbeit mit Dermatologen des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf konnten die Forscher zeigen, dass ein Chitosan, das noch viele Essigsäuremoleküle trägt, das Immunsystem sogar stärker stimuliert als Chitin. Erst die Behandlung mit der Chitosan-Deacetylase führt zu einem Produkt, das das Abwehrsystem nicht mehr aktiviert.

Die Chitosan-Deacetylase ist also ein entscheidendes Werkzeug des Pilzes, um seinen Wirt unter dem Chitin-Radar von dessen Immunsystem zu befallen. Die vollständige Entfernung der Essigsäuremoleküle aus dem Chitin wirkt wie eine Art Tarnkappe, die den Pilz für das Immunsystem unsichtbar macht. „Damit wird die Chitosan-Deacetylase zu einem interessanten Ziel für neue Medikamente“, betont Dr. Christian Gorzelanny vom Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, der zuvor in der Forschergruppe von Bruno Moerschbacher an der WWU tätig war.

Lea Hembach, Doktorandin in Münster und Erstautorin der Studie, ergänzt: „Ein Fungizid auf Basis eines Stoffs, der gezielt dieses Enzym hemmt, wäre für den Menschen und andere Organismen überhaupt nicht schädlich, da sie ein solch seltenes Enzym gar nicht haben.“

In einem neuen Projekt, das von der Bioinformatikerin Dr. Ratna Singh geleitet wird, suchen die münsterschen Forscher bereits nach einem solchen Hemmstoff. Darüber hinaus hofft Bruno Moerschbacher, dass es seiner Arbeitsgruppe gelingen wird, ein besonders stark immunstimulierendes „Designer“-Chitosan zu entwickeln.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Bruno Moerschbacher (Westfälische Wilhelms-Universität Münster)
Tel: +49 251 83-24794
E-Mail: moersch@uni-muenster.de

Originalpublikation:

L. Hembach et al. (2020). Unique subsite specificity and potential natural function of a chitosan deacetylase from the human pathogen Cryptococcus neoformans. PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1915798117

Weitere Informationen:

https://www.pnas.org/content/early/2020/01/30/1915798117 Originalpublikation in "PNAS"
https://www.uni-muenster.de/Biologie.IBBP/agmoerschbacher/index.html Forschergruppe Prof. Bruno Moerschbacher an der Universität Münster

Svenja Ronge | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Chitin Chitosan Cryptococcus Cryptococcus neoformans E coli Enzym Immunsystem Pilz Pilze Viren Zellulose

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Vom Aerosol zur Nanoschicht – der Flammenpyrolyse auf der Spur
15.07.2020 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Neue Technik für naturwissenschaftliche Forschung
15.07.2020 | Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

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: A new path for electron optics in solid-state systems

A novel mechanism for electron optics in two-dimensional solid-state systems opens up a route to engineering quantum-optical phenomena in a variety of materials

Electrons can interfere in the same manner as water, acoustical or light waves do. When exploited in solid-state materials, such effects promise novel...

Im Focus: Hammer-on – wie man Atome schneller schwingen lässt

Schwingungen von Atomen in einem Kristall des Halbleiters Galliumarsenid (GaAs) lassen sich durch einen optisch erzeugten Strom impulsiv zu höherer Frequenz verschieben. Die mit dem Strom verknüpfte Ladungsverschiebung zwischen Gallium- und Arsen-Atomen wirkt über elektrische Wechselwirkungen zurück auf die Schwingungen.

Hammer-on ist eine von vielen Rockmusikern benutzte Technik, um mit der Gitarre schnelle Tonfolgen zu spielen und zu verbinden. Dabei wird eine schwingende...

Im Focus: Kryoelektronenmikroskopie: Hochauflösende Bilder mit günstiger Technik

Mit einem Standard-Kryoelektronenmikroskop erzielen Biochemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erstaunlich gute Aufnahmen, die mit denen weit teurerer Geräte mithalten können. Es ist ihnen gelungen, die Struktur eines Eisenspeicherproteins fast bis auf Atomebene aufzuklären. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "PLOS One" veröffentlicht.

Kryoelektronenmikroskopie hat in den vergangenen Jahren entscheidend an Bedeutung gewonnen, besonders um die Struktur von Proteinen aufzuklären. Die Entwickler...

Im Focus: Electron cryo-microscopy: Using inexpensive technology to produce high-resolution images

Biochemists at Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) have used a standard electron cryo-microscope to achieve surprisingly good images that are on par with those taken by far more sophisticated equipment. They have succeeded in determining the structure of ferritin almost at the atomic level. Their results were published in the journal "PLOS ONE".

Electron cryo-microscopy has become increasingly important in recent years, especially in shedding light on protein structures. The developers of the new...

Im Focus: Neue Schlankheitstipps für Computerchips

Lange Zeit hat man in der Elektronik etwas Wichtiges vernachlässigt: Wenn man elektronische Bauteile immer kleiner machen will, braucht man dafür auch die passenden Isolator-Materialien.

Immer kleiner und immer kompakter – das ist die Richtung, in die sich Computerchips getrieben von der Industrie entwickeln. Daher gelten sogenannte...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie sicher Knock Codes für die Smartphone-Displaysperre sind

15.07.2020 | Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Explosionssignal in der Glasfaser

15.07.2020 | Geowissenschaften

Mobiles EEG zur Detektion epileptischer Anfälle im Alltag

15.07.2020 | Medizintechnik

So verändert sich das Supply Chain Management bis 2040

15.07.2020 | Studien Analysen

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