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Studie zu Pilzhybriden kommt zu dem Ergebnis, dass die Klimakrise den Ausbruch neuer und tödlicher Infektionskrankheiten auslösen könnte


Studie zu Pilzhybriden kommt zu dem Ergebnis, dass die Klimakrise den Ausbruch neuer und tödlicher Infektionskrankheiten auslösen könnte

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Mikroorganismen aus der Meeresumwelt sind eng mit denen verwandt, die sie in klinischen Proben gefunden haben. Bildnachweis: Valentina del Olmo (IRB Barcelona)

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Mikroorganismen aus der Meeresumwelt sind eng mit denen verwandt, die sie in klinischen Proben gefunden haben. Bildnachweis: Valentina del Olmo (IRB Barcelona)

Der Klimanotstand stellt eine große Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Steigende Temperaturen und veränderte Ökosystembedingungen können in Verbindung mit Globalisierung und menschlichem Handeln, wie etwa dem umfangreichen Einsatz von Fungiziden und Antibiotika in der Landwirtschaft, die Entstehung und Verbreitung neuer Arten bisher unterschätzter potenziell virulenter pathogener Mikroorganismen, wie etwa Pilze, begünstigen.

Das Verständnis der Evolutionswege dieser potenziellen Krankheitserreger, wie sie ihre Virulenz erlangt haben oder wie sie die Fähigkeit entwickelt haben, Menschen zu infizieren, ist der Schlüssel, um sie überwachen und zukünftige tödliche Epidemien wie die jüngste COVID-19 verhindern zu können Pandemie, verursacht durch das Auftreten des SARS-CoV-2-Virus.

In diesem Zusammenhang hat ein Team des Instituts für biomedizinische Forschung (IRB Barcelona) und des Barcelona Supercomputing Centre – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) unter der Leitung des ICREA-Forschers Dr. Toni Gabaldón einen Pilz aus der Gattung Candida identifiziert Familie als potenzieller Krankheitserreger. Zur Familie der Candida-Pilze gehören Mikroorganismen, die Infektionen wie vaginale Candidiasis oder systemische Candidiasis verursachen, die für immungeschwächte Menschen tödlich sein können.

Das Forscherteam hat herausgefunden, dass es sich bei Candida orthopsilosis um einen hybriden Mikroorganismus handelt, der aus zwei anderen Elternpilzen in einer Meeresumgebung stammt. Und genau diese Hybridisierung hat ihr bestimmte Eigenschaften verliehen, etwa die Fähigkeit, den menschlichen Körper zu infizieren, und auch Virulenz, die sie zu einer potenziellen Bedrohung für die globale Gesundheit machen.

In der Zeitschrift veröffentlicht NaturkommunikationDiese Erkenntnis ebnet auch den Weg für die Identifizierung der Anpassungen, die dazu führen, dass bestimmte Mikroorganismen eher Menschen besiedeln und Krankheiten verursachen.

„Wir haben jahrelang versucht, die Frage zu beantworten, was manche Arten für den Menschen pathogen macht und andere, wie zum Beispiel diejenigen, die wir in unserem Mikrobiom haben, nicht“, sagt Dr. Gabaldón.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Hybridisierung – ein Prozess, der bisher wenig Beachtung gefunden hat – den schnellen Erwerb von Eigenschaften ermöglicht, die eine Infektion des Menschen ermöglichen. Daher könnte dieser Prozess bei Pilzen eine Abkürzung sein, um eine Art wie unsere zu erobern“, fügt er hinzu.

Eine filmische Infektion

Tatsächlich ist dies, mit der gebotenen Vorsicht, die Handlung der jüngsten und beliebten Miniserie „The Last of Us“ (HBO Max), in der ein Pilz schnell eine enorme Fähigkeit zur Infektion, Übertragung und Virulenz erlangt, ein perfekter Cocktail an Eigenschaften, der ermöglicht es ihm, die Menschheit in kurzer Zeit zu dezimieren.

Schätzungen zufolge gibt es derzeit mehr als eine Million Pilzarten, von denen die meisten an das Leben bei gemäßigten oder niedrigen Temperaturen im Boden, in Gewässern, bei Bäumen und Pflanzen sowie bei Tieren wie Amphibien, Fischen, Reptilien usw. angepasst sind Insekten.

Seit den 1980er Jahren ist die Zahl der Ausbrüche neu auftretender Infektionskrankheiten um fast 7 % pro Jahr gestiegen, und Pilze werden weltweit zunehmend als große Bedrohung für die öffentliche Gesundheit angesehen. Und der Anstieg der globalen Temperaturen hat sie gegenüber warmen Umgebungen, einschließlich des menschlichen Körpers, tolerant gemacht.

Dies ist bei Candida auris der Fall, einem Pilz, der sich so angepasst hat, dass er Menschen infizieren kann, der zudem potenziell multiresistent ist und sich in Krankenhausumgebungen effizient verbreiten kann. Weltweit kam es bereits zu Hunderten Ausbrüchen dieser Infektion mit einer Sterblichkeitsrate zwischen 30 und 60 %. Wissenschaftler weisen darauf hin, dass es sich um den ersten Mikroorganismus handeln könnte, der durch den Klimawandel zu einem Krankheitserreger geworden ist.

Hybriden – besser angepasst als ihre „Vorfahren“

Das Gleiche könnte auch bei C. orthopsilosis passieren. Dr. Gabaldón und sein Team haben neun Hefeproben untersucht, die aus der Meeresumwelt isoliert wurden, insbesondere an der Küste Katars im Arabischen Meer. Die Forscher haben ihre Genome sequenziert und analysiert und dabei herausgefunden, dass es sich bei den meisten gefundenen Pilzen um Hybriden handelt. Diese Beobachtung veranlasste sie zu der Hypothese, dass diese Pilze möglicherweise Anpassungen erfahren haben, die ihnen einen Vorteil gegenüber ihren Elternstämmen verschaffen.

Ebenso haben sie herausgefunden, dass diese Mikroorganismen aus der Meeresumwelt eng mit denen verwandt sind, die sie in klinischen Proben gefunden haben. Angesichts dieser Beobachtungen deuten sie darauf hin, dass die Hybridisierung und Entstehung dieses neuen Mikroorganismus im Meer stattgefunden haben muss und von dort auf den Menschen übergegangen ist, was zu gesundheitlichen Problemen geführt hat. Wie es dazu kam, ist immer noch ein Rätsel.

„Unsere Ergebnisse zeigen uns, dass die genetischen Eigenschaften, die die Hybriden konkurrenzfähig und überlebensfähig im Meeresökosystem machen, für das Gleiche beim Menschen von Vorteil sein könnten“, sagt Dr. Gabaldón.

Alle Meeresproben der Studie wurden in subtropischen Gewässern mit Temperaturen zwischen 35 °C und 44 °C isoliert. „Wir haben gesehen, dass die optimale Temperatur, bei der C. orthopsilosis-Stämme wachsen, bei 35 °C liegt und dass sie bis zu viel höheren Temperaturen überleben können. Diese Beobachtung ist besorgniserregend, weil ihre Toleranz die thermische Barriere von Säugetieren übertrifft, die bisher als solche fungierte.“ ein Schutzschild und ebnet den Weg für die Infektion von Menschen“, fügt Dr. Valentina del Olmo, Postdoktorandin in Dr. Gabaldóns Gruppe und Erstautorin der Studie, hinzu.

Dr. Gabaldón fügt hinzu, dass es sich hierbei um opportunistische Krankheitserreger handelt, die in der Regel immungeschwächte Menschen infizieren, darunter Krebspatienten, HIV-Patienten, ältere Menschen und Neugeborene, eine Gruppe, deren Zahl wächst.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass „mit dem kontinuierlichen Anstieg der globalen Temperaturen und dem übermäßigen Einsatz von Antimykotika in der Landwirtschaft und in der klinischen Praxis Pilze in der Umwelt auftreten, die in der Lage sind, die thermische Barriere von Säugetieren zu überwinden, Resistenzen gegen fungizide Medikamente zu entwickeln und zu einer potenziellen Bedrohung zu werden.“ wird steigen.”

Mehr Informationen:
Valentina del Olmo et al., Ursprung von Pilzhybriden mit pathogenem Potenzial aus warmen Meerwasserumgebungen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42679-4

Zeitschrifteninformationen:
Naturkommunikation

Studie zu Pilzhybriden kommt zu dem Ergebnis, dass die Klimakrise den Ausbruch neuer und tödlicher Infektionskrankheiten auslösen könnte

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