Ein Stealth-Pilz hat nordamerikanische Fledermäuse dezimiert, doch Wissenschaftler sind der Behandlung des White-Nose-Syndroms möglicherweise einen Schritt näher gekommen

Ein invasiver Pilz, der die Haut von Fledermäusen im Winterschlaf besiedelt und tödliche Folgen hat, ist ein heimlicher Eindringling, der verschiedene Strategien anwendet, um in die Hautzellen der kleinen Säugetiere einzudringen und sie unbemerkt zu manipulieren, um sein eigenes Überleben zu sichern. Der Pilz, der die Krankheit White-Nose-Syndrom verursacht, hat in den letzten 18 Jahren mehrere nordamerikanische Arten vernichtet.

Seit der Pilz Pseudogymnoascus destructans 2006 erstmals in einer New Yorker Höhle entdeckt wurde, haben Wissenschaftler viel über ihn gelernt, darunter seine Verbreitung, seine klinischen Merkmale und seine Verbreitung. Doch wie der Pilz seine Infektion genau initiiert, ist nach wie vor eine „Black Box – ein großes Mysterium“, sagt Bruce Klein, Professor für Pädiatrie, Medizin und medizinische Mikrobiologie und Immunologie an der University of Wisconsin–Madison.

Aufgrund dieses Mangels an Verständnis ist die Entwicklung von Gegenmaßnahmen zur Behandlung oder Vorbeugung von Infektionen eine Herausforderung.

Nun ist es Klein und Marcos Isidoro-Ayza, einem Doktoranden in Kleins Labor, erstmals gelungen, im Detail zu untersuchen, wie der Pilz in die Haut von Fledermäusen eindringt und heimlich sogenannte Keratinozyten-Zellen an der Oberfläche ihrer Haut kapert.

Das Kunststück ist ausführlich in der Ausgabe vom 11. Juli 2024 von Wissenschaft.

Die Forscher fanden heraus, dass P. destructans infizierte Zellen als Zufluchtsort nutzt und deren Absterben verhindert, wodurch wiederum das Immunsystem der Fledermäuse geschwächt wird und der mikrobielle Eindringling weiter wachsen und in weitere Zellen eindringen kann.

Zu diesem Zweck haben Klein und Isidoro-Ayza die erste Keratinozyten-Zelllinie aus der Haut einer kleinen braunen Fledermaus entwickelt. Außerdem haben sie erfolgreich die Bedingungen des Winterschlafs nachgeahmt, der durch große Schwankungen der Körpertemperatur gekennzeichnet ist, die mit Phasen der Erstarrung einhergehen – wenn der Stoffwechsel der Tiere langsamer wird und die Körpertemperatur sinkt – und mit Phasen der Erregung.

Dies ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von P. destructans-Infektionen, da der kälteliebende Pilz in der Kälte der Kälteperiode Fuß fassen kann und auch während der Erregung, wenn die Körpertemperatur der Fledermäuse steigt, bestehen bleibt.

Klein und Isidoro-Ayza haben bereits herausgefunden, wie der Pilz heimlich in Zellen eindringt: durch die Übernahme eines Proteins auf deren Oberfläche, dem sogenannten epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR). Mutationen im gleichen Rezeptor in menschlichen Zellen führen zu bestimmten Lungenkrebsarten. Diese werden mit einem bestehenden Medikament namens Gefitinib behandelt, was die Möglichkeit eröffnet, es zur Behandlung oder Vorbeugung des White-Nose-Syndroms einzusetzen.

„Bemerkenswerterweise stoppten wir die Infektion, als wir den Rezeptor mit diesem Medikament hemmten“, sagt Isidoro-Ayza. „Dies ist ein von der FDA zugelassenes Medikament, das in Zukunft möglicherweise zur Behandlung anfälliger Fledermausarten eingesetzt werden könnte.“

Obwohl die genaue Rolle des EGFR bei Infektionen noch nicht völlig geklärt ist, haben Klein und Isidoro-Ayza bereits viel über die Funktionsweise des Pilzes gelernt.

Sein Eindringen erfolgt erstmals während des Torpors, wenn das Immunsystem der Fledermäuse ruht und ihre Körpertemperatur sich in einem für das Keimen und Wachsen von P. destructans idealen Bereich befindet. Während des Torpors dringt der Pilz mit seinen Hyphen – dünnen Fäden, durch die er wächst und Nährstoffe aufnimmt – in die Hautzellen der Fledermäuse ein, ohne die Zellmembranen zu zerstören. Dies würde den Zelltod auslösen und den Pilz dem Immunsystem der Fledermäuse aussetzen.

Klein und Isidoro-Ayza fanden außerdem heraus, dass der Pilz mehrere Strategien anwendet, die es ihm ermöglichen, seine Invasion während Erregungsphasen fortzusetzen, trotz der höheren Körpertemperatur und des reaktivierten Immunsystems der Fledermäuse.

Erstens manipuliert der Pilz während Erregungsphasen die Zellen so, dass sie den Pilz in einem als Endozytose bekannten Prozess verschlingen, anstatt dass der Pilz mit seinen Hyphen in die Zelle eindringt.

Zweitens stellten sie fest, dass die Pilzsporen – mikroskopisch kleine Partikel, durch die sich der Pilz vermehrt – mit einer Melaninschicht überzogen sind, die sie vor den Strategien der Zellen zur Abtötung eindringender Mikroben schützt.

„Dadurch kann die Spore diese Erregungsphase überleben, und wenn die Fledermaus wieder in den Ruhezustand verfällt, beginnen die Sporen in ihren Zellen erneut zu keimen und besiedeln weiterhin die Haut“, erklärt Isidoro-Ayza, die im Graduiertenprogramm für vergleichende biomedizinische Wissenschaften der Veterinärmedizinischen Fakultät der University of Wisconsin–Madison studiert.

Die letzte Infektionsstrategie von P. destructans besteht in der Blockierung der Apoptose, auch als programmierter Zelltod bekannt, einem Abwehrmechanismus, mit dem Zellen Krankheitserreger enttarnen, sodass Immunzellen sie ausmerzen und zerstören können.

„Wenn die Zellen nicht abgetötet werden, kann der Pilz im Gewebe verbleiben und in tiefere Hautschichten eindringen“, sagt Isidoro-Ayza.

Mit diesem neuen Wissen sind die Forscher zuversichtlich, dass Behandlungsmöglichkeiten und ein potenzieller Impfstoff bald Wirklichkeit werden.

Diese Erkenntnisse sind nur ein Produkt einer Zusammenarbeit zwischen Klein und Isidoro-Ayza und Wissenschaftlern des US Fish and Wildlife Service und des National Wildlife Health Center des US Geological Survey in Madison.

Die Forschung ist nicht nur für den Schutz der Fledermäuse wertvoll, die unter anderem als Bestäuber und Insektenfresser eine Reihe nützlicher Funktionen erfüllen, sondern auch, weil Pilzpathogene für viele Arten ein zunehmendes Problem darstellen.

„Es gibt Pilzkrankheiten, die Epidemien und Pandemien bei verschiedenen Organismenarten auslösen, darunter Pflanzen, wirbellose Tiere, Amphibien, Reptilien und Fledermäuse“, sagt Isidoro-Ayza. „Jeder Mechanismus, den wir bei dieser Krankheit entdecken oder besser verstehen, könnte also auch Auswirkungen auf den Schutz anderer Arten haben.“