Molekulare Muster zur Erkennung und Diskriminierung von Pilzen während der Phagozytose durch räuberische Amöben

• Antragsteller: Professor Dr. Falk Hillmann
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439291664

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Räuberische Beziehungen zwischen Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle in ökologischen und evolutionären Prozessen. Sie beeinflussen die Zusammensetzung und Stabilität mikrobieller Gemeinschaften sowie die Anpassungsfähigkeit der beteiligten Arten. Dabei führt der Selektionsdruck auf Beuteorganismen zur Entwicklung von Abwehrmechanismen führt, wie z.B. Resistenz gegen Prädation, die Tarnung molekularer Erkennungsmuster oder Fluchtstrategien. Diese Fähigkeiten können wiederum auch Voraussetzung für Virulenz im menschlichen, immunsupprimierten Wirt sein und kennzeichnet gerade sogenannte „opportunistische“ Erreger. Protostelium aurantium, eine pilzfressende Amöbe, ist ubiquitär auf Blattoberflächen verbreitet und ernährt sich ausschließlich von Pilzen. Die Amöbe zeigt dennoch ein selektives Fressverhalten gegenüber verschiedenen Pilzarten und diskriminiert besonders stark gegen Mitglieder der Saccharomyces-Gruppe wie Saccharomyces cerevisiae und Candida glabrata. Das Projekt zielte darauf zu entschlüsseln, auf welchen molekularen Faktoren diese Diskriminierung beruht. In Vorarbeiten konnten dabei einige spezifische molekulare Unterschiede zwischen Mitgliedern der Saccharomyces-Gruppe und der als Beute akzeptierten Candida- Gruppe herausgestellt werden. Einer dieser Unterschiede war die Länge der Isoprenylseitenkette beim Coenzym Q (folgend abgekürzt als CoQ). Ob und wie diese Länge jedoch Einfluss auf das Beutespektrum nehmen könnte, war ungeklärt. Im Projekt konnte Ubichinon (Coenzym Q, CoQ) als essentieller Cofaktor in Beuteorganismen identifiziert werden. P. aurantium besitzt demnach kein eigenes CoQ und gedeiht daher nur auf Pilzen, die CoQ mit längeren Isoprenylseitenketten (CoQ8-10) produzieren, wie sie bei Pilzen der Candida- Gruppe und anderen weit verbreiteten Vertretern der Ascomyceten vorkommen. Hingegen kann sie auf allein Pilzen mit kürzeren Seitenketten (CoQ6), die typisch für Saccharomyces- Arten sind, nicht wachsen. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass die Verwendung von CoQ6 durch Saccharomyces- Arten möglicherweise als Anpassungsstrategie zur Vermeidung von Prädation durch Amöben wie P. aurantium evolviert ist. Solche Prädationsdrücke könnten dazu geführt haben, dass die Produktion von CoQ6 in diesen Pilzen beibehalten wurde, was ihr Überleben in Umgebungen erleichtert, in denen amoebenartige Räuber der Gattung Protostelium vorhanden sind. Zusammenfassend zeigten die Arbeiten zur Interaktion zwischen P. aurantium und Hefen dass die verschiedenen Coenzym Q-Varianten bei der Gestaltung der Dynamik von mikrobiellen Gemeinschaften und der evolutionären Strategien zur Vermeidung von Prädation bei Pilzen eine zentrale Rolle spielen können. Zudem liefern sie den derzeit besten Erklärungsansatz warum ausgerechnet Pilze der Saccharomyces-Gruppe eine außergewöhnliche Art des CoQ verwenden. Die Arbeiten trugen außerdem wesentlich zu einer Dissertation und einem vom BMBF geförderten Folgeprojekt bei.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• An evolutionary genomic approach reveals both conserved and species-specific genetic elements related to human disease in closely related Aspergillus fungi. Genetics, 218(2).
  Mead, Matthew E.; Steenwyk, Jacob L.; Silva, Lilian P.; de Castro, Patrícia A.; Saeed, Nauman; Hillmann, Falk; Goldman, Gustavo H. & Rokas, Antonis
  
• Natural products in the predatory defence of the filamentous fungal pathogen Aspergillus fumigatus. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 17, 1814-1827.
  Boysen, Jana M.; Saeed, Nauman & Hillmann, Falk
  
• The fungivorous amoeba Protostelium aurantium targets redox homeostasis and cell wall integrity during intracellular killing of Candida parapsilosis. Cellular Microbiology, 23(11).
  Radosa, Silvia; Sprague, Jakob L.; Lau, Siu‐Hin; Tóth, Renáta; Linde, Jörg; Krüger, Thomas; Sprenger, Marcel; Kasper, Lydia; Westermann, Martin; Kniemeyer, Olaf; Hube, Bernhard; Brakhage, Axel A.; Gácser, Attila & Hillmann, Falk
  
• Variation of virulence of five Aspergillus fumigatus isolates in four different infection models. PLOS ONE, 16(7), e0252948.
  Keizer, E. M.; Valdes, I. D.; Forn-Cuni, G.; Klijn, E.; Meijer, A. H.; Hillman, F.; Wösten, H. A. B. & de, Cock H.
  
• Fungi and their Environmental Micropredators. The Mycota, 207-225. Springer International Publishing.
  Radosa, Silvia; Saeed, Nauman & Hillmann, Falk
  
• The isoprenyl chain length of coenzyme Q mediates the nutritional resistance of fungi to amoeba predation. mBio, 15(6).
  Saeed, Nauman; Valiante, Vito; Kufs, Johann E. & Hillmann, Falk