Schimmelpilze: Dunkelheit fördert Sex und Giftstoff-Produktion
Göttinger Forscher entschlüsseln, wie Licht unterschiedliche zelluläre Prozesse synchronisiert.
(pug) Die Bildung krebserregender Giftstoffe bei Schimmelpilzen wird durch einen "lichtempfindlichen" Eiweiß-Komplex der Zellen gesteuert. Dabei ist die Produktion von Toxinen an sexuelle Entwicklungsprozesse der Pilze gekoppelt, die in erster Linie in der Dunkelheit ablaufen. Der molekulare Mechanismus, der dieser Koppelung von Toxinproduktion und Pilzentwicklung bei Aspergillen zugrundeliegt, konnte jetzt von Wissenschaftlern der Georg-August-Universität in Kooperation mit amerikanischen Kollegen entschlüsselt werden. Die Forscher isolierten dazu den sogenannten Velvet-Komplex, der im Dunkeln aktiv ist und durch Lichteinwirkung auseinanderfällt. Die Forschungsarbeiten an der Georgia Augusta wurden unter der Leitung von Prof. Dr. Gerhard Braus am Göttinger Zentrum für Moleulare Biowissenschaften durchgeführt. Das Wissenschaftsmagazin "Science" veröffentlichte die Arbeitsergebnisse, die für die weitere Erforschung von Schimmelpilzen unter pharmazeutischen Aspekten von Bedeutung ist, in der Ausgabe vom 13. Juni 2008 (siehe unten).
Lebensrettende Antibiotika oder krebserregende Giftstoffe - Schimmelpilze produzieren Freunde und Feinde für die Gesundheit des Menschen. Das Göttinger Wissenschaftlerteam hat für seine Forschungen den genetisch gut manipulierbaren Pilz Aspergillus nidulans ausgewählt - die Aspergillen werden wegen ihrer Form auch "Gießkannenschimmel" genannt. A. nidulans produziert unter Ausschluss von Licht vermehrt den toxischen Stoff Sterigmatocystin. Dieser Giftstoff gehört zu den Aflatoxinen, die als die am stärksten krebserregenden Substanzen auf der Erde gelten. Im Dunkeln durchläuft der im Boden lebende A. nidulans gleichzeitig den sexuellen Entwicklungszyklus, was zur Bildung von Fruchtkörpern für die Fortpflanzung führt. Unter Lichteinfluss werden dagegen asexuelle Sporen und weniger Toxin produziert. Wie Toxinproduktion und Pilzentwicklung miteinander gekoppelt sind, war bislang unbekannt. Die Arbeitsgruppe von Prof. Braus hat nun aufgeklärt, wie diese unterschiedlichen zellulären Prozesse durch Licht synchronisiert werden.
Die Wissenschaftler haben dazu einen besonderen Eiweiß-Bestandteil der Zelle, das Velvet- oder auch "Samt"-Protein, gentechnisch so mit einer Markierung versehen, dass damit gleichzeitig Interaktionspartner dieses Proteins "gereinigt" und identifiziert werden konnten. Mit dem Wechselspiel dieser Komponenten konnten die Wissenschaflter zeigen, dass das Velvet-Protein im Dunkeln jeweils einen zentralen Regulator der Toxinproduktion und der sexuellen Entwicklung im Zellkern des Pilzes wie eine Brücke zu einem aktiven Komplex verbindet. Licht verhindert im Gegenzug, dass das Protein in den Kern eindringen kann und unterbindet damit die Komplexbildung. "Fehlt das Velvet-Protein vollständig, dann zeigen die Pilzkolonien der Aspergillen ein samtähnliches Aussehen, können nicht mehr zwischen Licht und Dunkelheit unterscheiden und produzieren kaum Toxin", erläutert Prof. Braus.
"Da Pilze eine Vielzahl biologischer Wirkstoffe produzieren, ist das Verständnis dieser Zusammenhänge eine wichtige Voraussetzung, um diese Pilzprodukte für Anwendungen in Medizin und Pharmazie nutzbar zu machen", betont der Wissenschaftler vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Georg-August-Universität. Prof. Braus forscht mit seinem Team am Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften und am DFG Forschungszentrum für Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB). Die aktuellen Arbeiten wurden in Kooperation mit Experten der University of Wisconsin-Madison (USA) durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Quellen und Artikel:
-
Özgür Bayram, Sven Krappmann, Min Ni, Jin Woo Bok, Kerstin Helmstaedt, Oliver Valerius, Susanna Braus-Stromeyer, Nak-Jung Kwon, Nancy P. Keller, Jae-Hyuk Yu, and Gerhard H. Braus: VelB/VeA/LaeA Complex Coordinates Light Signal with Fungal Development and Secondary Metabolism. In: Science 13 June 2008: Vol. 320. no. 5882, pp. 1504 - 1506; DOI: 10.1126/science.1155888
