P. boydii - Modell für Evolution opportunistischer Pilze

Medizinische Mikrobiologen sind immer häufiger mit Infektionen durch opportunistische Pilze konfrontiert: durch die zunehmende Zahl prädisponierter Personen werden opportunistische Pilzinfektionen gefördert. Trotzdem muss ein gewisser Grad an Virulenz in den betreffenden Pilzarten vorhanden sein, damit sie im Gewebe überleben und später Mykosen auslösen können. P. boydii ist ein Erreger verschiedenster opportunistischer Mykosen und wurde v. a. aus Habitaten mit geringer Sauerstoff- und hoher Nährstoffverfügbarkeit isoliert wie z. B. intensiv be- wirtschaftete Böden und Abflussgräben. Solche Habitate können als Reservoire für solche Erreger dienen. Wir wollen in diesem Projekt den Effekt menschlicher Aktivitäten - manifestiert als Über-fluss an N- und P-Quellen - auf die Evolution von P. boydii untersuchen. Es wird vermutet, dass P. boydii gerade einen Prozess der Entwicklung höher virulenter Stämme durchläuft. Die Bearbeitung folgender Fragen soll die Biologie und Systematik von P. boydii aufklären und Rück-schlüsse auf die Evolution von Opportunisten generell ermöglichen: 1) Ist P. boydii homothallisch, oder gibt es verschiedene Kreuzungspartner?, 2) sollte es Kreuzungspartner geben, korrelieren sie mit den intraspezifischen Gruppierungen, die durch ITS-Sequenzanalysen und nDNA/DNA Re- assoziationsexperimente gefunden wurden?, 3) beeinflusst die Konzentration von N- und P-Quellen die Konkurrenz zwischen einzelnen Stämmen?; 4) begünstigt die Konzentration von N- und P-Quellen die Selektion von Stämmen mit einem bestimmten Reproduktionsmodus (klonal vs. Rekombination)? Experimentelle Schritte: 1) Evaluierung der Homo- oder Heterothallie durch Kreuzungsexperimenten, 2) Abschätzung der Rekombinationshäufigkeit mit molekularen Typ-isierungsmethoden, 3) Abgrenzung von intraspezifischen Gruppen mit Hilfe der Kreuzungs-experimente und vorhandenen molekularen Daten, 4) Testung der Unterschiede zwischen klinischen- und Umweltisolaten bezüglich der N- und P-Verwertung/Toleranz und der möglichen Konkurrenz und Selektion mit Hilfe von Flüssigkulturen und molekularen Typisierungsmethoden, 5) Entwicklung eines FISH-Systems für bekannte Stämme mit Hilfe von Sequenzierungen, 6) Evaluierung der Bevorzugung eines bestimmten Reproduktionsmodus (klonal vs. Rekombination) unter dem Einfluß von N- und P- Quellen durch die Analyse der vorher gewonnen Daten. Diese Arbeit soll zum besseren Verständnis der Evolution opportunistischer Pilze beitragen. Da bereits umfangreiche molekulare Daten vom Antragsteller generiert wurden ist P. boydii ein vielversprechender Modellorganismus. Außerdem ist die beantragte Studie in ein ECMM-Netzwerk eingebunden und außerdem Beitrag zu einem beantragten EU-Projekt (6. Rahmenprogramm), das von Prof. Dr. G. S. de Hoog koordiniert wird.

Opportunistisch pathogene Pilze verursachen immer häufiger gefährliche Infektionen. Ein Grund dafür ist die steigende Anzahl von Risikopatienten. Einer dieser Pilze ist Pseudallescheria boydii, der sogar in der Lage ist Infektionen bei ansonsten gesunden Menschen hervorzurufen. Die von ihm verursachten Infektionen reichen von Myzetomen in der Haut, bis zu lebensbedrohlichen Zerebralmykosen. Außerdem ist P. boydii resistent gegen die meisten gebräuchlichen antimykotischen Wirkstoffe. Die Erreger werden entweder traumatisch inokuliert, z. B. nach Motorradunfällen, oder führen nach der Aspiration von kontaminiertem Wasser infolge von "Beinahe- Ertrinken-Ereignissen" zu lebensbedrohlichen Infektionen. Die ökologische Nische wird in nährstoffreichen, eutrophierten Habitaten vermutet. Die Untersuchungen in diesem Projekt sollten anthropogene Faktoren beschreiben, die die Verbreitung von P. boydii fördern und einen Einfluss auf die Entwicklung von Populationen haben könnten. Weiters wurden molekulare Veränderungen und die Art der Fortpflanzung untersucht um ein besseres Verständnis der Biologie und Evolution von opportunistischen Pathogenen zu gewährleisten. Die wichtigsten Ergebnisse waren: 1) P. boydii ist nicht eine Pilzart, sondern besteht aus mehreren eigenständigen systematischen Einheiten, die ev. auch als Arten angesehen werden können. 2) Die Toleranz gegenüber verschiedenen Stickstoff- und Phosphorquellen ist abhängig vom Pilzstamm und der Nährstoffquelle. 3) P. boydii besitzt ein hohes Wettbewerbspotential unter nährstoffreichen Bedingungen. 4) Unter den getesteten P. boydii Stämmen waren manche konkurrenzfähiger als andere. Die Selektion war allerdings nicht nur stammspezifisch, sondern auch abhängig von der angebotenen Nährstoffquelle. 5) Selektionseffekte wurden durch höhere Temperaturen verstärkt. 6) Obwohl P. boydii oft Asci bildet wird die Vermehrung in erster Linie klonal ausgeführt. Die wichtigsten Ergebnisse des Projektes bestehen darin, dass es gelungen ist den Einfluss einzelner anthropogener Einflüsse auf Populationen und Gemeinschaften im Detail zu beschreiben. Diese Erkenntnisse können in Zukunft für Computermodelle zur Risikoabschätzung von Umweltveränderungen eingesetzt werden.