Fettstoffwechsel als Schlüssel zur Pilz-Pathogenität

Eine neue Studie von Forschenden der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie, Plön (MPI-EvolBio) beschreibt, wie eine effizientere Proteinproduktion die Anpassung von Pilzen an den menschlichen Körper vorantreibt und zuvor harmlose Arten zu neu auftretenden Krankheitserregern machen könnte.

Viele Pilzarten sind völlig harmlos und erfüllen wichtige ökologische Funktionen. Auf der anderen Seite sind einige Arten opportunistische Krankheitserreger des Menschen: Insbesondere bei einem geschwächten Immunsystem können solche Pilze den Körper befallen und schwere, sogar lebensbedrohliche Infektionen verursachen. Ein Forschungsteam um Prof. Eva Stukenbrock hat in einer neuen Studie untersucht, warum bestimmte Pilze im Zuge des Klimawandels zu menschlichen Krankheitserregern werden könnten. Dazu haben die Forschenden verschiedene Pilzarten der Ordnung Trichosporonales analysiert, zu der sowohl harmlose als auch für den Menschen gefährliche Arten gehören.

Ausgangspunkt der Studie war eine vergleichende Genomanalyse nah verwandter Pilzarten, um mögliche Unterschiede zu identifizieren. Der Vergleich der Genome von harmlosen und schädlichen Pilzen ergab, dass sie sich weniger in der genetischen Ausstattung unterscheiden, sondern vielmehr in der Effizienz, mit der sie genetische Informationen in bestimmte Proteine umwandeln. Schädliche Pilze haben eine Optimierungsstrategie für ihren Fettstoffwechsel entwickelt.

Dadurch können sie sich schneller an neue Lebensbedingungen in einer fettreichen Umgebung anpassen, was ihnen möglicherweise den Übergang zu einer pathogenen Lebensweise erleichtert. Da die genetische Ausstattung von harmlosen und schädlichen Arten ansonsten weitgehend übereinstimmt, scheint das Risiko, dass Pilze zunehmend zu menschlichen Krankheitserregern werden, höher zu sein als bisher angenommen.

„Pathogene Pilze haben eine Strategie entwickelt, bei der Proteine schneller produziert werden, die am Fettstoffwechsel beteiligt sind. Diese Anpassung ist äußerst wichtig, da Lipide im Körper von Säugetieren reichlich vorhanden, in der Umwelt jedoch sehr selten sind. Auf diese Weise können sie sich schnell an den menschlichen Körper anpassen und in dieser Umgebung gedeihen“, erklärt Erstautor Dr. Marco Guerreiro, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Stukenbrocks Arbeitsgruppe.

Dieser Mechanismus beruht auf einem späten Schritt in der Genexpression: Die sogenannte Translation, bei der Aminosäuren zu Proteinen zusammengesetzt werden, läuft umso schneller ab, je besser spezifische Signale der mRNA, sogenannte Codons, mit den tRNA-Molekülen übereinstimmen. „Bei pathogenen Pilzen ist diese Übereinstimmung zwischen tRNA und Codons besonders gut. Die adaptive Evolution könnte die Zusammensetzung beider Bestandteile beeinflusst haben, um die Proteinproduktion für den Fettstoffwechsel zu optimieren und so eine Anpassung an den menschlichen Körper zu erreichen“, erklärt Guerreiro.

Die Forschenden konnten die Wirkung dieser genetischen Optimierung im Labor bestätigen: Auch in ihren Experimenten zeigten Pilze mit für den Fettstoffwechsel optimierten Genen eine schnellere Anpassung an lipidreiche Lebensbedingungen, unter denen sie deutlich besser wuchsen.

Die neue Forschungsarbeit zeigt damit auf, dass der Schritt zur Entstehung neuer pilzlicher Krankheitserreger sehr klein sein könnte und sich im Prinzip bereits durch eine erhöhte Effizienz des Fettstoffwechsels entwickeln kann. „Angesichts der zunehmenden Resistenz gegenüber pilzhemmenden Wirkstoffen ist dies besorgniserregend, da Arten, die bei menschlicher Körpertemperatur gedeihen, aber derzeit als harmlos gelten, diesen Übergang leicht vollziehen könnten“, betont Guerreiro die Bedeutung der Forschung. Unter den für die nahe Zukunft prognostizierten Klimabedingungen ist also mit zahlreichen neuen und problematischen Pilzerregern zu rechnen.

Die Forschenden wollen daher in Zukunft jene Pilzarten identifizieren, die aufgrund bestimmter genomischer Signaturen das Potenzial haben, zu Krankheitserregern zu werden, bevor sie zu einem ernsthaften Gesundheitsproblem werden. „Insgesamt verändert unsere Studie die Sichtweise auf die Pathogenität von Pilzen grundlegend und zeigt, dass die Transformation von harmlosen Umweltorganismen zu einer Gefahr für die menschliche Gesundheit schneller und evolutionär zugänglicher sein kann als bisher angenommen. Da der Klimawandel, die Zunahme immungeschwächter Bevölkerungsgruppen und die globale Vernetzung neue Möglichkeiten für Pilzkrankheiten schaffen, wird das Verständnis und die Beobachtung dieser evolutionären Dynamik aus medizinischer Sicht immer wichtiger“, fasst Stukenbrock zusammen.