Pilzinfektionen stellen eine Gefahr für Menschen, Tiere und Pflanzen dar und können schwerwiegende Folgen haben. Ein Forscherteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat nun gemeinsam mit Kollegen aus Frankfurt am Main und Aachen einen wichtigen Mechanismus aufgeklärt, wie solche Infektionen auf molekularer Ebene reguliert werden. In Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS) beschreiben sie, wie diese Entdeckung zur Entwicklung neuer Antimykotika führen könnte.
Als Krankheitserreger können Pilze schwere Krankheiten bei Menschen, Tieren und Pflanzen verursachen. Beim Menschen ist die Haut häufig betroffen, beispielsweise durch die weitgehend harmlose Erkrankung Fußpilz. Insbesondere bei einem geschwächten Immunsystem können jedoch auch innere Organe betroffen sein – beispielsweise wird die Lungenkrankheit Aspergillose durch Schimmelpilze der Familie Aspergillus verursacht.
Bei Nutzpflanzen können durch Pilze verursachte Krankheiten erhebliche Schäden anrichten – bekannte Beispiele sind Mutterkorn, das Roggen befällt und für den Menschen hochgiftig ist, oder Maisbrand, für den der Pilz Ustilago maydis verantwortlich ist.
Um neue Abwehrstrategien zum Schutz von Menschen, Tieren und Pflanzen zu entwickeln, ist es wichtig zu verstehen, wie die Infektionen auf molekularer Ebene, vor allem auf DNA- und RNA-Ebene, reguliert werden. Allerdings ist das Wissen über die RNA-Regulation insbesondere von Pilzerregern derzeit noch begrenzt.
In Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen aus Frankfurt und Aachen wandte die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Michael Feldbrügge vom Institut für Mikrobiologie der HHU eine effektive RNA-Markierungstechnik für Pilze an, die im lebenden Organismus („in vivo“) funktioniert. Die Forscher fanden heraus, wie ein wichtiges RNA-bindendes Protein (kurz: RBP) namens Khd4 das Wachstum infektiöser Hyphen reguliert – der fadenförmigen Form der Pilze, nur diese Form löst eine Infektion aus.
Ein wichtiger Faktor für das Wachstum infektiöser Hyphen ist der Membranhandel: ein Recyclingprozess, der den Materialaustausch zwischen dem Pilz und seiner Umgebung mithilfe von Organellen wie Vakuolen ermöglicht.
Die Bestimmung der Stabilität informationsübertragender mRNAs war ein wichtiger Aspekt der veröffentlichten Arbeit. Von Natur aus ist RNA nicht sehr stabil und wird aktiv abgebaut. Die Proteinmenge wird über den mRNA-Abbau reguliert.
Professor Feldbrügge sagt: „Wir haben zum ersten Mal ein neues Regulierungskonzept für Infektionen entdeckt: Ein einzelnes RBP steuert das polare Wachstum infektiöser Hyphen, indem es die Stabilität von mRNAs bestimmt, die wiederum den Membrantransport regulieren. Dies eröffnet Angriffspunkte.“ für die Entwicklung neuer Fungizide, die RBPs als neue Angriffspunkte für die Pilzbekämpfung nutzen.“
Die Forschungsarbeiten wurden in enger Zusammenarbeit verschiedener Einrichtungen der HHU und mit externen Partnern durchgeführt. Der Hauptautor und Ph.D. Der Student Srimeenakshi Sankaranarayanan und Dr. Carl Haag konzentrierten sich hauptsächlich auf den Vergleich pflanzen- und menschenpathogener Pilze. Die Sequenzierung der RNAs erfolgte am Biologischen Medizinischen Forschungszentrum (BMFZ) der HHU. Die bioinformatische Analyse im Projekt wurde von der Kooperationspartnerin Dr. Kathi Zarnack von der Goethe-Universität Frankfurt am Main durchgeführt.
„Ein wichtiger Aspekt war die mathematische Modellierung, bei der die theoretisch und experimentell arbeitenden Gruppen eng eingebunden waren“, sagt Professor Feldbrügge.
„Diese Form der Zusammenarbeit ist Teil des Grundkonzepts unseres Sonderforschungsbereichs ‚MibiNet‘, der 2023 ins Leben gerufen wurde. Der Beitrag von Professorin Dr. Anna Matuszyńska von der Technischen Universität Aachen (RWTH) war entscheidend für den Erfolg des Projekts.“ .“
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Srimeenakshi Sankaranarayanan et al, Der mRNA-Stabilitätsfaktor Khd4 definiert ein spezifisches mRNA-Regulon für den Membrantransport im Erreger Ustilago maydis, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2301731120