Das berüchtigte „Adlerkiller“-Bakterium produziert nicht nur ein, sondern zwei Giftstoffe

Das Cyanobakterium Aetokthonos hydrillicola produziert nicht nur ein, sondern zwei hochwirksame Toxine. In der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) beschreibt ein internationales Team unter der Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Freien Universität Berlin den zweiten, bislang unbekannten Giftstoff.

Dieses Toxin kann bereits in geringen Konzentrationen Zellen zerstören und ähnelt Substanzen, die derzeit zur Krebsbehandlung eingesetzt werden. Vor zwei Jahren stellte das gleiche Team fest, dass das erste Gift des Cyanobakteriums die Ursache einer mysteriösen Krankheit bei Weißkopfseeadlern in den USA ist.

Aetokthonos hydrillicola stellt für Forscher eine besondere Herausforderung dar. Es ist bekanntermaßen schwierig zu kultivieren und produziert eines seiner Giftstoffe nur unter bestimmten Bedingungen. Ungewöhnlich ist auch die Tatsache, dass es zwei Toxine mit sehr unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung produziert. Cyanobakterien produzieren normalerweise nur ein Toxin – und A. hydrillicola wurde 2021 als Quelle des Aetokthonotoxins nachgewiesen. Diese Entdeckung machten Professorin Susan Wilde von der University of Georgia (USA) und Professor Timo Niedermeyer, die bis Juli 2023 an der MLU arbeiteten hat sich nun den Forschern der Freien Universität Berlin angeschlossen.

Dieses Toxin löste ein Rätsel, das Wissenschaftler jahrzehntelang beschäftigte: Es löst bei Weißkopfseeadlern in den USA die Krankheit Vakuoläre Myelinopathie (VM) aus. VM führt dazu, dass sich Löcher im Gehirn bilden und die Vögel dadurch die Kontrolle über ihren Körper verlieren. Der Durchbruch gelang Science damals als Titelgeschichte und das internationale Team erhielt für seine Arbeit mehrere Auszeichnungen.

Markus Schwark von der MLU konnte den Nachweis des zweiten, bisher unbekannten Toxins erbringen und die Verbindung detailliert charakterisieren. „Wir waren sehr überrascht, als wir die Struktur dieses Toxins herausgefunden haben. Es ähnelt Toxinen, die in marinen Cyanobakterien gefunden wurden. Sie werden sogar bereits in Medikamenten zur Abtötung von Krebszellen eingesetzt“, sagt Schwark. In Anlehnung an das Bakterium und die ähnlichen, bekannten Toxine haben die Forscher das neu entdeckte Toxin „Aetokthonostatin“ getauft.

Wissenschaftler vermuten schon seit längerem, dass dieses Gift existiert. „Bei einer unserer ersten Untersuchungen vor über zehn Jahren haben wir herausgefunden, dass ein Extrakt des Cyanobakteriums hochgradig toxisch für Zellen ist. Wir gingen davon aus, dass dieser Effekt auf Aetokthonotoxin hinweist, das die Vogelkrankheit auslöst“, sagt Timo Niedermeyer.

Weitere Untersuchungen ergaben jedoch, dass das Vogelgift nur geringe direkte Zellschäden verursacht. Extrakte ohne Aetokthonotoxin-Gehalt zerstörten auch in extrem niedrigen Konzentrationen noch Zellen. A. hydrillicola musste also ein weiteres sehr starkes Toxin produzieren.

Ein Team der Tschechischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Dr. Jan Mareš konnte ermitteln, welche Gene im Cyanobakterium hinter der Synthese des neuen toxischen Moleküls stecken. Da die Verbindung Substanzen ähnelt, die in der Antitumormedizin eingesetzt werden, könnten die Erkenntnisse dabei helfen, neue Medikamente gegen Krebs zu entwickeln.

Das Cyanobakterium gedeiht auch in amerikanischen Seen und Flüssen, die das Trinkwassernetz versorgen. Die Wissenschaftler empfehlen daher, diese Gewässer häufiger auf Aetokthonos hydrillicola und seine beiden Toxine zu überwachen, um mögliche Risiken für die menschliche Gesundheit zu vermeiden.