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Wie die Fortpflanzung Erreger resistenter macht

Sex statt Zellteilung: Vorteil für Hefepilze

| Autor / Redakteur: Corinna Russow, Robert Emmerich* / Christian Lüttmann

Zwei mit Fluoreszenz markierte Zellen des Pilzes Candida albicans paaren sich, ersichtlich durch das Vermischen der roten und grünen Farbe.
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Zwei mit Fluoreszenz markierte Zellen des Pilzes Candida albicans paaren sich, ersichtlich durch das Vermischen der roten und grünen Farbe. (Bild: Bernardo Ramírez-Zavala/Universität Würzburg)

Asexuelle Fortpflanzung ist schnell, dafür sind Spezies mit geschlechtlicher Fortpflanzung dank genetischer Vielfalt anpassungsfähiger. Wie Forscher der Universität Würzburg nun zeigten, kann der gesundheitsgefährdende Hefepilz Candida albicans von asexueller zu geschlechtlicher Fortpflanzung wechseln und so resistenter gegen Behandlungen werden – und zwar ausgerechnet dann, wenn er mit einem Medikament bekämpft wird.

Würzburg – Der Hefepilz Candida albicans kommt bei den meisten gesunden Menschen als harmloser Besiedler unter anderem im Verdauungstrakt vor. Doch vor allem bei immungeschwächten Patienten kann er auch lebensbedrohliche Infektionen verursachen. Solche Infektionen werden häufig mit dem Medikament Fluconazol behandelt, das bei Candida die Synthese von Ergosterol hemmt. Ergosterol erfüllt bei dem Pilz ähnliche wichtige Funktionen wie Cholesterin beim Menschen, dazu gehört der Stofftransport durch die Zellmembran und die Biosynthese wichtiger Botenstoffe.

Candida albicans kann allerdings resistent gegen das Medikament Fluconazol werden. Die dafür verantwortlichen Mechanismen hat die Wissenschaft in den vergangenen Jahren weitgehend geklärt, wobei auch die Arbeitsgruppe von Professor Joachim Morschhäuser vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) wesentliche Erkenntnisse beigesteuert hat. Beispielsweise befördert der Pilz mit speziellen Pumpen das Medikament aus seinen Zellen hinaus.

Paarungskompetent durch Medikament

Normalerweise vermehrt sich Candida albicans ungeschlechtlich, durch Zellteilung. Morschhäusers Arbeitsgruppe hat jetzt herausgefunden, dass resistente Pilzzellen in Gegenwart von Fluconazol auf geschlechtliche Fortpflanzung umschalten können. In diesem Fall verschmelzen die Zellen über spezielle Fortsätze und vereinigen ihr Erbgut. In den Nachkommenzellen werden verschiedene Resistenzmechanismen neu kombiniert, sodass die Zellen noch unempfindlicher beziehungsweise hoch resistent gegen Fluconazol werden.

Geschlechtliche Fortpflanzung in Farbe – Das Video zeigt, wie sich zwei Pilzzellen zur Paarung vereinen:

„In unseren Untersuchungen fanden wir heraus, dass sich bei Behandlung mit Fluconazol die Zellen durchsetzen, die die vorteilhaften Resistenzmerkmale behalten haben“, sagt die Erstautorin Christina Popp. Fluconazol selektiert nicht nur auf Resistenzmutationen, sondern könne gleichzeitig zu Veränderungen im Erbgut führen, die den normalerweise asexuellen Pilz „paarungskompetent“ machen und es den Zellen erlauben, individuell erworbene Resistenzmechanismen zu kombinieren und dadurch hochresistente Nachkommen zu erzeugen.

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Suche nach weiteren Resistenzmechanismen

Damit hat die Wissenschaft neues Wissen über die Resistenz an der Hand, das für die Entwicklung besserer und neuer Medikamente hilfreich sein und zur Überwindung von Resistenzen beitragen kann. Morschhäuser vermutet, dass die hier beschriebenen Resistenzmechanismen nur ein Beispiel dafür sind, wie sich Candida albicans in seinem Wirt verändern kann. Als nächstes will sein Team darum untersuchen, ob auch andere Formen der Anpassung auf ähnliche Weise dazu beitragen, dass sich der Pilz erfolgreich in unterschiedlichen Wirtsnischen etablieren kann.

Originalpublikation: Popp C, Ramírez-Zavala B, Schwanfelder S, Krüger I, Morschhäuser J: Evolution of fluconazole-resistant Candida albicans strains by drug-induced mating competence and parasexual recombination. mBio (2019) DOI: 10:e02740-18.

* C. Russow, R. Emmerich, Julius-Maximilians- Universität Würzburg, 97070 Würzburg

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