Mit der zunehmenden Erderwärmung könnte sich der evolutionäre Druck auf Pilze erhöhen, besser mit Hitze klarzukommen. Damit würde unsere menschliche Körpertemperatur als wichtiger Schutzfaktor wegfallen. Was das für uns bedeutet.
Die Welt ist voll von winzigen Lebewesen, die uns köstlich finden: Bakterien und Viren sind die offensichtlichen Bösewichte, die tödliche globale Pandemien und lästige Infektionen verursachen. Aber die Krankheitserreger, mit denen wir bisher noch nicht so viel zu tun hatten, sind die Pilze. Pathogene Pilze (Candida, Aspergillus, Cryptococcus und andere) sind berüchtigte Killer für Menschen mit geschwächtem Immunsystem. Die meisten gesunden Menschen mussten sich jedoch bisher keine Sorgen machen und die große Mehrheit potenziell pathogener Pilze auf unserem Planeten fühlt sich in der Wärme unseres Körpers nicht wohl. Doch das könnte sich bald ändern.
Eine Studie der Duke University School of Medicine zeigt, dass erhöhte Temperaturen einen pathogenen Pilz namens Cryptococcus neoformans dazu veranlassen, seine Anpassungsreaktionen auf Hochtouren laufen zu lassen. Dadurch erhöht sich die Zahl seiner genetischen Veränderungen, von denen einige vermutlich zu einer höheren Hitzeresistenz und andere zu einem größeren krankheitsverursachenden Potenzial führen könnten.
Diese Mikroskopaufnahme zeigt Cryptococcus neoformans, einen Pilzerreger, der immer mehr lebensbedrohliche Infektionen verursacht. Menschen mit AIDS und Menschen, die immunsuppressive Medikamente einnehmen, sind besonders gefährdet. Credit: US Centers for Disease Control
Insbesondere führt höhere Hitze dazu, dass mehr transponierbare Elemente oder springende Gene des Pilzes aufstehen und sich innerhalb der Pilz-DNA bewegen, was zu Veränderungen in der Art und Weise führt, wie die Gene genutzt und reguliert werden. Die Ergebnisse wurden in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. „Diese beweglichen Elemente tragen wahrscheinlich zur Anpassung an die Umwelt und während einer Infektion bei“, so Postdoktorandin Asiya Gusa, von der Molekulargenetik und Mikrobiologie an der Duke School of Medicine. „Dies könnte sogar noch schneller geschehen, weil Hitzestress die Zahl der auftretenden Mutationen beschleunigt.“
Gusa erklärt: „Dies sind keine Infektionskrankheiten im übertragbaren Sinne; wir übertragen Pilze nicht untereinander. Aber die Sporen sind in der Luft. Wir atmen die Pilzsporen ständig ein, und unser Immunsystem ist darauf vorbereitet, sie zu bekämpfen.“ Pilzsporen sind in der Regel größer als Viren, so dass Gesichtsmasken wahrscheinlich ausreichen würde, um sie abzuwehren. Das und menschliche Körperwärme – fürs Erste. Aber: „Pilzerkrankungen sind auf dem Vormarsch, vor allem weil immer mehr Menschen ein geschwächtes Immunsystem haben oder an einer Grunderkrankung leiden“, so Gusa. Gleichzeitig könnten sich aber auch pathogene Pilze an die wärmeren Temperaturen anpassen.
Gusa leitete Forschungsarbeiten, die sich auf drei transponierbare Elemente konzentrierten, die unter Hitzestress in C. neoformans besonders aktiv waren. Es gibt jedoch leicht 25 oder mehr weitere transponierbare Elemente in dieser Art, die mobilisiert werden könnten, sagt sie. Das Team nutzte die Long-Read-DNA-Sequenzierung, um Veränderungen zu erkennen, die sonst übersehen worden wären. Mit Hilfe von Computeranalysen konnten sie Transposons kartieren und dann sehen, wie sie sich bewegt haben. „Wir haben jetzt bessere Werkzeuge, um diese Bewegungen zu sehen, die vorher für uns versteckt waren.“
Hitzestress beschleunigte die Mutationen. Nach 800 Generationen Wachstum in Labormedium war die Rate der Transposon-Mutationen bei Pilzen, die bei menschlicher Körpertemperatur (37 °C) aufgezogen wurden, fünfmal höher als bei Pilzen, die bei 30 °C aufgezogen wurden. Eines der transponierbaren Elemente mit der Bezeichnung T1 neigte dazu, sich zwischen kodierenden Genen einzufügen, was zu Veränderungen in der Art und Weise der Gensteuerung führen könnte. Ein Element mit der Bezeichnung Tcn12 landete häufig innerhalb der Sequenz eines Gens, was die Funktion dieses Gens stören und möglicherweise zu einer Arzneimittelresistenz führen könnte. Ein drittes Element, Cnl1, neigte dazu, in der Nähe oder in den Telomersequenzen an den Enden der Chromosomen zu landen – ein Effekt, der noch nicht vollständig verstanden ist.
Auch die Mobilisierung transponierbarer Elemente schien bei Pilzen, die in Mäusen leben, stärker zuzunehmen als in Laborkulturen. „Wir sahen Beweise für die Mobilisierung aller drei transponierbaren Elemente im Pilzgenom innerhalb von nur zehn Tagen nach Infektion der Maus“, sagt Gusa. Die Forscher vermuten, dass die zusätzlichen Herausforderungen, die das Überleben in einem Tier mit Immunreaktionen und anderen Stressfaktoren mit sich bringt, die Transposons dazu bringen könnten, noch aktiver zu werden.
„Dies ist eine faszinierende Studie, die zeigt, wie eine steigende globale Temperatur die Pilzevolution in unvorhersehbare Richtungen beeinflussen kann“, sagt Arturo Casadevall, Lehrstuhl für molekulare Mikrobiologie und Immunologie an der Johns Hopkins Universität. „Wenn sich die Welt erwärmt, könnten Transposons in Bodenpilzen wie Cryptococcus neoformans mobiler werden und genomische Veränderungen in einer Weise verstärken, die die Virulenz und Arzneimittelresistenz erhöhen könnte. Ein weiterer Grund zur Sorge angesichts der globalen Erwärmung!“
In der nächsten Phase dieser Forschung sollen Erreger von menschlichen Patienten untersucht werden, die eine rezidivierende Pilzinfektion hatten. „Wir wissen, dass diese Infektionen persistieren und dann mit möglichen genetischen Veränderungen rezidivieren können.“ Es ist an der Zeit, sich ernsthaft mit pathogenen Pilzen zu befassen, so Gusa. „Diese Art von stressbedingten Veränderungen können zur Evolution pathogener Merkmale bei Pilzen sowohl in der Umwelt als auch während der Infektion beitragen. Sie entwickeln sich möglicherweise schneller, als wir erwartet haben.“
Dieser Artikel basiert auf einer Pressemitteilung der Duke University. Die Studie haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: Slashio Photography, Unsplash
