Was macht einen Pilzfresser zum Killer?

Einige der gruseligsten Monster sind mikroskopisch klein. Der fleischfressende Pilz Arthrobotrys oligospora Scheint nicht viel zu sein, während es verrottendes Holz zerfrisst. Aber wenn es einen lebenden Wurm spürt, fängt es sein Opfer ein und verzehrt es bei lebendigem Leib – der Treibstoff für einen Albtraum.

Bisher war nicht viel darüber bekannt, wie der Angriff des Killerpilzes auf molekularer Ebene abläuft. Forscher der Academia Sinica in Taiwan haben endlich herausgefunden, wie sich die Genaktivität des Pilzes verändert, wenn ein Fadenwurm zu nahe an ihn herankriecht A. oligospora. Unter der Leitung des Molekularbiologen Hung-Che Lin entdeckte das Forscherteam, dass der Pilz eine Art Wurmkleber und zusätzliche Fangproteine ​​synthetisiert, um an seine Mahlzeit zu gelangen. Anschließend werden Enzyme produziert, die den Wurm abbauen, sodass er mit der Nahrungsaufnahme beginnen kann.

In einer Falle gefangen

A. Oligospora lebt im Boden und ist größtenteils saprotroph, das heißt, es ernährt sich von verrottendem organischem Material. Doch das kann sich schnell ändern, wenn ihm Nährstoffe entzogen werden oder er einen verlockenden Fadenwurm in der Nähe spürt. Dann geht es in den Fleischfresser-Modus.

Lin und seine Kollegen wollten sehen, was passierte, als der nährstoffarme Pilz in den Nematoden eingeschleppt wurde Caenorhabiditis elegans. Der Pilz zeigte einen signifikanten Anstieg der DNA-Replikation, als er den Wurm wahrnahm. Dies führte dazu, dass Fallenzellen zusätzliche Kopien des Genoms enthielten. Die Fallenzellen befinden sich in Pilzfilamenten oder Hyphen und produzieren einen speziellen Wurmkleber, der es diesen Hyphen ermöglicht, am Wurm zu haften, sobald er in der Falle gefangen ist.

Die vielleicht wichtigste genetische Aktion, die dem Pilz dabei hilft, aus Hyphen eine Falle zu bauen, ist die Ribosomenbiogenese, die eine erhöhte Proteinproduktion ermöglicht. In Ribosomen werden Proteine ​​hergestellt. Ihre Biogenese (im wahrsten Sinne des Wortes die Bildung weiterer Ribosomen) steuert das Zellwachstum und bestimmt auch, wie viel Protein synthetisiert wird.

Die Forscher identifizierten auch eine neue Gruppe von Proteinen, die heute als Trap Enriched Proteins (TEPs) bekannt sind und die am häufigsten in Pilzfallenzellen produzierten Proteine ​​waren. Diese schienen eher zur Fallenfunktion als zur Bildung beizutragen.

„Angesichts der Lokalisierung von TEP-Proteinen auf der Oberfläche von Fallenzellen haben wir die Hypothese aufgestellt, dass TEPs für die Funktion der Fallen von entscheidender Bedeutung sein könnten“, heißt es in einer kürzlich in PLoS Biology veröffentlichten Studie. „Hinzufügen C. elegans… führt zu ihrer sofortigen Gefangennahme.“

Da sich der Pilz mehr Mühe gab, eine Falle zu bauen und einen Wurmkleber zu bilden, räumte er Aktivitäten, die nicht wirklich in den Prozess involviert waren, eine geringere Priorität ein. DNA-Segmente, die normalerweise helfen A. oligospora Die Fähigkeit, tote Materie zu verdauen, wurde herunterreguliert, was bedeutet, dass in diesen Segmenten als Reaktion darauf, dass der Pilz den Wurm wahrnahm, eine geringere Genaktivität auftrat. Als ein Wurm in die Nähe kam A. oligospora, Der Pilz zeigte eine Hochregulierung von Genen, die Proteasen produzieren, also Enzyme, die Proteine ​​abbauen.

Kann nicht raus

Weitere andere Gene zeigten keine Veränderungen in der Aktivität, bis der Wurm bereits gefangen war. Einmal C. elegans ist in die Falle geraten A. oligospora Mit einem klebrigen Hyphennetz beobachtete das Team einen Anstieg der Produktion von Proteinen, die die Beute schwächen. Diese Proteine ​​sind in der Lage, die Zellen ihrer Beute so zu manipulieren, dass diese Zellen anders funktionieren, was dem Krankheitserreger möglicherweise die Möglichkeit bietet, einzudringen und die Macht zu übernehmen. Anschließend nutzt der Pilz Proteasen, um Nematoden zu verdauen, die in seinen Hyphen stecken bleiben.

A. oligospora verfügt über über 400 Gene, die Proteine ​​kodieren, die seine Interaktionen mit anderen Organismen steuern. Als der Pilz durch die Einführung eines Fadenwurms fleischfressend wurde, verhielten sich mehr als die Hälfte davon anders. Diese Proteine ​​werden schwächer C. elegans durch eine Vielzahl von Mechanismen. Um ein Beispiel zu nennen: Einige von ihnen bekämpfen antimikrobielle Peptide, die vom Fadenwurm produziert werden.

Der vom Pilz synthetisierte Klebstoff, von dem man heute annimmt, dass er eng mit TEP-Proteinen zusammenhängt, hat möglicherweise keine Auswirkungen auf den Menschen, ist aber ein Sekundenkleber für Würmer, der Hyphen an ihr Fleisch bindet. Sie haben keine Möglichkeit, sich aus dem Verzehr bei lebendigem Leibe zu befreien.

Dieses Experiment mag für die beteiligten Nematoden schrecklich gewesen sein, für Lins Team war es jedoch ein Durchbruch. Sie haben nun eine völlig neue Gruppe von Genen identifiziert, die für die Funktion einer Pilzfalle verantwortlich sind. Ihre Erkenntnisse mit A. oligospora könnte mit der Genaktivität anderer pathogener Pilze verglichen werden, einschließlich solcher, die Ernten zerstören, so dass eine verbesserte Generation von Antimykotika eines Tages möglicherweise durch diesen mikroskopisch kleinen Horrorfilm beeinflusst wird.

PLOS Biology, 2023. DOI: 10.1371/journal.pbio.3002400