Fleischfressende Austernpilze können Spulwürmer mit „Nervengas in einem Lutscher“ töten

Auster Pilze (Pleurotus ostreatus) sind ein Grundnahrungsmittel vieler Küchen, geschätzt für seinen milden Geschmack und einen leicht an Anis erinnernden Duft. Diese cremefarbenen Pilze sind auch eine von mehreren Arten fleischfressender Pilze, die insbesondere Nematoden (Spulwürmer) jagen. Die Pilze haben einen neuartigen Mechanismus entwickelt, um ihre Nematoden-Beute zu lähmen und zu töten: ein Toxin, das in lutscherähnlichen Strukturen namens Toxozysten enthalten ist, die, wenn sie freigesetzt werden, innerhalb von Minuten einen weit verbreiteten Zelltod in Spulwürmern verursachen. Wissenschaftler haben jetzt die spezifische flüchtige organische Verbindung identifiziert, die für diesen Effekt verantwortlich ist, laut einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde.

Fleischfressende Pilze wie der Austernpilz ernähren sich von Nematoden, weil diese kleinen Kreaturen reichlich im Boden vorkommen und eine praktische Proteinquelle darstellen. Verschiedene Arten haben verschiedene Mechanismen entwickelt, um ihre Beute zu jagen und zu verzehren. Oomyceten zum Beispiel sind pilzähnliche Organismen, die „Jägerzellen“ aussenden, um nach Nematoden zu suchen. Sobald sie sie gefunden haben, bilden sie Zysten in der Nähe des Mundes oder Anus der Spulwürmer und injizieren sich dann in die Würmer, um die inneren Organe anzugreifen. Eine andere Gruppe von Oomyceten verwendet Zellen, die sich wie beutesuchende Harpunen verhalten und die Pilzsporen in den Wurm injizieren, um sein Schicksal zu besiegeln.

Andere Pilze produzieren Sporen mit irritierenden Formen wie Stickles oder Stilettos. Die Nematoden schlucken die Sporen, die sich in der Speiseröhre verfangen und keimen, indem sie den Darm des Wurms durchstechen. Es gibt klebrige, zweigartige Strukturen, die wie Sekundenkleber wirken; Todeshalsbänder, die sich lösen, wenn Nematoden durch sie schwimmen und sich in die Würmer injizieren; und etwa ein Dutzend Pilzarten verwenden Schlingen, die sich in weniger als einer Sekunde zusammenziehen und die Nematoden zu Tode quetschen.

Vergrößern / Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Bild von Toxozysten an P. Ostreatus Hyphen.

Yi Yun Lee

Der Austernpilz verzichtet auf diese physikalischen Fallen zugunsten eines chemischen Mechanismus. P. Ostreatus ist eine sogenannte „Holzfäule“, die auf tote Bäume abzielt, aber Holz ist relativ arm an Proteinen. Seine langen, verzweigten Filamente (genannt Hyphen) sind der Teil des Pilzes, der in das verrottende Holz hineinwächst. Diese Hyphen beherbergen die Toxocysten. Wenn Nematoden auf die Toxocysten treffen, platzen sie, und die Nematoden werden typischerweise gelähmt und sterben innerhalb von Minuten. Sobald die Beute tot ist, wachsen die Hyphen in die Nematodenkörper hinein, lösen den Inhalt auf und absorbieren die Aufschlämmung für die Nährstoffe.

Im Jahr 2020 testete ein Team von Wissenschaftlern der Academia Sinica in Taiwan alle 15 Arten von P. Ostreatus und fanden heraus, dass alle 15 giftige Tropfen produzieren konnten, wenn sie verhungert waren. Sie testeten auch 17 Nematodenarten und stellten fest, dass keine die Exposition gegenüber dem Toxin überleben konnte. Co-Autor Ching-Han Lee und Kollegen schlugen vor, dass der Schuldige das in tierischen Muskeln gespeicherte Kalzium sein könnte, das, wenn es als Reaktion auf Nervensignale freigesetzt wird, die Muskeln dazu veranlasst, sich zusammenzuziehen. Die Muskeln entspannen sich, wenn Nervensignale das Auffüllen der Kalziumspeicher auslösen.

Um die Hypothese zu testen, führte das Team Experimente durch, bei denen das Kalzium in den Würmern sichtbar war, und verfolgte dann die Reaktion auf die Exposition gegenüber den Austernpilz-Toxocysten. Sie fanden heraus, dass der Pharynx und die Kopfmuskeln vergifteter Nematoden mit Kalzium überschwemmt waren und dass Kalzium nicht verschwand, was zu einem weit verbreiteten Absterben von Nerven- und Muskelzellen führte. Sie schlugen vor, dass das Toxin die anfängliche Kalziumreaktion auslöst, dann aber den Mechanismus blockiert, durch den die Nematoden ihre Kalziumversorgung wiederherstellen.

Aber Lee et al. konnten die für die Wirkung verantwortlichen spezifischen Toxine nicht identifizieren, stellten jedoch fest, dass sich der chemische Mechanismus des Austernpilzes von dem der Nematizide unterscheidet, die derzeit zur Bekämpfung von Nematodenpopulationen verwendet werden. Für die neue Studie verwendeten Lee und Co-Autoren dazu Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Die erste Version des Experiments testete eine Fläschchenprobe, die nur das Kulturmedium und Glasperlen enthielt. Eine zweite Version testete eine Fläschchenprobe mit P. Ostreatus die zwei bis drei Wochen kultiviert wurden. Die dritte Version war eine Kombination der ersten beiden und testete eine Fläschchenprobe, die beide kultiviert enthielt P. Ostreatus und Glasperlen.

Der Schuldige: ein flüchtiges Keton namens 3-Octanon, eine von mehreren natürlich vorkommenden flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), die Pilze zur Kommunikation verwenden. Es scheint, dass 3-Octanon auch als wirksamer Nematoden-Abtötungsmechanismus dient. Die Exposition von vier Arten von Nematoden gegenüber 3-Octanon löste den verräterischen massiven (und tödlichen) Einstrom von Calciumionen in Nerven- und Muskelzellen aus. Die Dosierung ist laut den Autoren kritisch. Niedrige Dosierungen sind ein Abwehrmittel für Schnecken und Schnecken, aber hohe Dosierungen sind tödlich. Dasselbe gilt für Nematoden. Eine hohe Konzentration von mehr als 50 Prozent 3-Octanon ist erforderlich, um die schnelle Lähmung und den weit verbreiteten Zelltod auszulösen. Das Team induzierte auch Tausende von zufälligen genetischen Mutationen im Pilz. Jene Mutanten, die keine Toxozysten auf ihren Hyphen entwickelten, waren für den Fadenwurm nicht mehr toxisch Caenorhabditis elegans.

Warum Austernpilze einen so ungewöhnlichen Mechanismus zum Abtöten von Nematoden entwickelt haben, vermuten die Autoren, dass dies daran liegt, dass sterbende oder verrottende Bäume besonders arm an Stickstoff sind, und dieser Mechanismus eine gute Möglichkeit für die Pilze ist, diesen Mangel auszugleichen. Die Toxozysten könnten sogar einem Verteidigungszweck dienen. Bestimmte Arten von Nematoden können die Pilzhyphen durchbohren, um das Zytoplasma herauszusaugen, sodass Toxozysten, die Giftgas auf die Hyphen abgeben, den Pilz vor solchen Raubtieren schützen könnten.

DOI: Science Advances, 2023. 10.1126/sciadv.ade4809 (Über DOIs).