Mykologie

Arbeitsgruppe:
Frank Ebel
Christoph Kleinemeier
Isabella Böhmer
Elisabeth Schnack
Anna Vincek

Aspergillus fumigatus ist zurzeit die Hauptursache aerogen übertragener Pilzinfektionen bei immungeschwächten Patienten und einigen Tieren. Als typischer Schimmelpilz bildet A. fumigatus asexuelle Sporen (Konidien), die durch die Luft übertragen werden und dafür sorgen, dass dieser Pilz in der Umwelt weit verbreitet ist. Studien haben ergeben, dass jeder Mensch täglich mehrere Hundert Sporen inhaliert. Im immunkompetenten Wirt werden diese Konidien durch Zellen der angeborenen Immunität schnell eliminiert. Unter Immunsuppression können Pilzzellen dieser Immunabwehr aber u.U. entkommen und auskeimen. Hyphen können dann in das umgebende Gewebe eindringen und sich schließlich systemisch ausbreiten. Die sich dabei entwickelnde Invasive Aspergillose zeichnet sich durch eine hohe Mortalität aus, was wiederum Defizite in der Diagnostik und Therapie dieser Erkrankung reflektiert. Die Entwicklung neuer Ansätze in diesen Bereichen ist daher ein wichtiges Ziel auch unserer Arbeiten.

 
Aspergillosen in der Veterinärmedizin
Aspergillus-Spezies verursachen neben Allergien auch lokalisierte und systemische Aspergillosen, wobei es sich meist um eine lokale Infektion des Atmungstraktes handelt, die sich zu einer generalisierten Erkrankung weiterentwickeln kann. Aspergillose wird bei Tieren, wie auch im Menschen, hauptsächlich durch A. fumigatus und einige wenige andere Spezies verursacht. Auch im Tierreich haben Individuen mit einer eingeschränkten Immunantwort ein deutlich höheres Risiko an Aspergillose zu erkranken als gesunde Tiere. Daneben können aber auch Umweltfaktoren entscheidend sein, dazu zählen bei Vögeln zu hohe Ammoniakkonzentrationen, Mykotoxinexposition und falsche Fütterung.

Zu den häufigsten Formen der tierischen Aspergillose zählen:

- Luftsackmykose bei Vögeln
- mykotischer Abort und mykotische Mastitis bei Rindern
- Luftsackmykose beim Pferd
- sinonasale Infektionen bei Hund und Katze

Projekte:
1. Der High Osmolarity Glycerol (HOG) Signalweg
Der HOG-Signalweg erlaubt es Pilzen sich an hyperosmolaren Stress anzupassen. Als Sensor fungiert dabei eine Typ-III-Histidin-Kinase, die in Aspergillus fumigatus TcsC genannt wird.

- Die Signalkinase TcsC
Die Kinase TcsC ermöglicht es A. fumigatus sich an einen hohen, osmotischen Außendruck anzupassen. Zudem kann TcsC auch künstlich durch Substanzen wie Fludioxonil und Iprodione aktiviert werden, dabei kommt es zu einer Fehlanpassung des Pilzes an einen fiktiven Außendruck. Der daraus resultierende hohe osmotische Innendruck führt zu einem Wassereinstrom, einem massiven Anschwellen und schließlich zur Lyse der Pilzzellen.

Abb.2: Die künstliche Aktivierung des HOG-Signalwegs
führt zum Anschwellen der Pilzhyphe und
schließlich zu Lyse. Die Pfeile markieren ausgetretenes Cytoplasma.

- Substanzen, die den HOG-Signalweg aktivieren
Die pharmakologische Aktivierung von TcsC führt nicht nur zu einem Anschwellen, sondern auch zu einem sofortigen Wachstumstopp, einem massiven Umbau der Zellwand und einer zellulären Deregulation, die sich u.a. in einer massiven Kernteilung ausdrückt. Die bisher verfügbaren Substanzen, sind für eine Therapie nur bedingt geeignet, daher versuchen wir besser geeignete Verbindungen zu identifizieren.

2. Entwicklung neuer diagnostischer Verfahren
- T-Zell-relevante Antigene
T-Zell-Antworten werden auch bei anderen Infektionserkrankungen als diagnostischer Parameter genutzt. Mit Hilfe rekombinanter und in E. coli hergestellter Aspergillus Proteine versuchen wir neue Aspergillus T-Zell-Antigene zu identifizieren und deren diagnostisches Potential zu untersuchen.

Abb. 3: Blutzellen attackieren eine kurze A. fumigatus Hyphe.

- Monoklonale Antikörper gegen Oberflächenstrukturen
Antikörper gegen Oberflächenstrukturen der Pilzhyphen und- sporen können in der Serologie und Histologie eingesetzt werden, zudem stellen sie mögliche therapeutische Werkzeuge dar. Unser Ziel ist es neue monoklonale Antikörper herzustellen und zu charakterisieren.

Abb. 4: Mischkultur aus Aspergillus fumigatus
und Fusarium oxysporum gefärbt mit
zwei Spezies-spezifischen Antikörpern.

3. Der Verschlussmechanismus der Septenpore
Die Hyphen von Aspergillus fumigatus sind durch Septen unterteilt. Diese Querwände enthalten eine zentrale Pore, die einen Austausch zwischen benachbarten Kompartimenten ermöglicht. Diese Verbindungen stellen im Falle einer Verletzung aber auch ein großes Risiko für den Pilz dar, da so da komplette Cytoplasma einer Hyphe ausbluten kann. Die Woronin bodies sind Organellen, die durch ein extrem großes Brückenprotein am Septum verankert sind und die Pore im Falle einer Verletzung sofort verschließen können. Wir untersuchen diesen Mechanismus und charakterisieren insbesondere das Brückenprotein Lah.

Abb. 5: A. fumigatus Hyphe: Färbung der Zellwand (rot) und der Woronin bodies (grün).