Forscher haben wichtige Unterschiede gefunden, die erklären, warum einige Pilzarten durch winzige Lücken erfolgreich wachsen können, während andere Pilze – typischerweise solche mit schnelleren Wachstumsraten – daran scheitern oder dabei beeinträchtigt werden.

Pilze sind ein wesentlicher Bestandteil des natürlichen Recyclingkreislaufs. Filamentöse Pilze breiten sich aus und penetrieren Oberflächen, indem sie feine Fäden (Hyphen) bilden. Arten, die bei lebenden Organismen Krankheiten verursachen, vermögen sogar die engen Zwischenräume pflanzlicher oder tierischer Zellen zu durchdringen. Wie ihre Hyphen dies tun und warum die Hyphen anderer Pilze dies nicht können, war bislang unklar. Ein Forschungsteam um Professor Norio Takeshita von der japanischen Universität Tsukuba mit Mitarbeitern der Universitäten Nagoya und Mexiko hat jetzt ein Schlüsselmerkmal entdeckt, das die Unterschiede zwischen den Arten erklärt.
 

Enge Kanäle als Hindernis

Hierzu verglichen sie sieben Spezies aus verschiedenen taxonomischen Gruppen, darunter einige, die bei Pflanzen Krankheiten verursachen. Das Team testete, wie die Pilze reagierten, wenn sie mit einem Hindernis konfrontiert wurden – hierzu mussten die Pilze sehr enge Kanäle passieren. Mit einer Breite von gerade Mal 1 Mikrometer waren sie schmaler als Pilzhyphen, die je nach Art typischerweise einen Durchmesser von 2 bis 5 Mikrometer haben.

Einige Arten wuchsen problemlos durch die engen Kanäle und zeigten ähnliche Wachstumsraten wie vor dem Hindernis. Dagegen hörten die Hyphen anderer Arten zu wachsen auf oder wuchsen nur sehr langsam durch den Kanal. Manche Pilzfäden entwickelten nach dem Durchdringen eine geschwollene Spitze und wurden depolarisiert, so dass sie ihre vorherige Wuchsrichtung nicht beibehalten konnten. Die Tendenz zu einem gestörten Wachstum hing weder vom Durchmesser der Hyphen ab noch davon, wie eng die Pilze miteinander verwandt waren. Arten mit schnelleren Wachstumsraten und höherem Druck innerhalb der Zelle waren jedoch anfälliger.
 

Ursachenforschung

Durch die Beobachtung von Fluoreszenzfarbstoffen in den lebenden Pilzen stellte das Team fest, dass Pilze mit gestörtem Wachstum fehlerhafte Zellprozesse aufwiesen. Konkret waren Vesikel, die zum Aufbau neuer Membranen und Zellwände bei Hyphenausdehnung Lipide und Proteine liefern, während des Wachstums durch den Kanal nicht mehr richtig organisiert.

Professor Takeshita sieht einen Zusammenhang zwischen Zellplastizität und Wachstumsrate:

Wenn eine schnell wachsende Hyphe einen engen Kanal passiert, sammelt sich eine massive Anzahl von Vesikeln am Punkt der Verengung, anstatt zur wachsenden Spitze zu gelangen. Dies führt zu depolarisiertem Wachstum: Die Spitze schwillt an, wenn sie den Kanal verlässt. Im Gegensatz dazu ermöglicht eine langsamere Wachstumsrate den Hyphen, die korrekte Positionierung der Zellpolaritätsmaschinerie beizubehalten, so dass das Wachstum auf engstem Raum fortgesetzt werden kann.

Diese Entdeckung erkläre, warum bestimmte Pilze in Oberflächen oder lebende Gewebe eindringen können, was für die künftige Erforschung der Biotechnologie und Ökologie von Pilzen wichtig sei.

 

Literatur

Bilder

Eine Hyphe des Gießkannenschimmels Aspergillus nidulans zwängt sich durch einen engen Kanal

Eine Hyphe des Gießkannenschimmels Aspergillus nidulans zwängt sich durch einen engen Kanal | Bild: Fukuda et al. (2021)