Eisenhomöostase in Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus ist ein weltweit vorkommender Pilz. Jeder Mensch inhaliert meist ohne gesundheitliche Konsequenzen täglich Hunderte Sporen dieses Pilzes, den man gehäuft in Kompost, Biotonnen und Blumenerde findet. Dennoch führt der Kontakt mit A. fumigatus mit stark zunehmender Tendenz zu verschiedenen Krankheiten, die von der Allergie bis zur invasiven Aspergillose reichen. Letztere ist eine lebensbedrohende systemische Infektion bei Patienten mit gestörtem Immunsystem - ausgelöst z.B. durch Chemotherapie, HIV- Infektion, Organtransplantation oder Langzeit-Immunsuppressionsbehandlung. Die Letalitätsrate der invasiven Aspergillose liegt aufgrund unzulänglicher Diagnostik- und Therapiemöglichkeiten bei ca. 80 %. Die Verbesserung der Therapie von Infektionen mit A. fumigatus erfordert deshalb eine genauere Kenntnis des Pilz-spezifischen Stoffwechsels auf molekularer Ebene. Eisen ist ein für fast alle Organismen essentielles Metall. Da Eisen im Menschen hauptsächlich in gebundener Form als Transferrin, Ferritin oder Hämoglobin vorkommt, benötigen pathogene Mikroorganismen hoch-effiziente Mechanismen um das Eisen vom Wirt zu "stehlen". Pilze unterscheiden sich grundlegend in Bezug auf Eisenaufnahme, Eisenpeicherung und Eisenregulation vom Menschen. Wir konnten zeigen, dass A. fumigatus während der Infektion Eisenmangel ausgesetzt ist und Eisen durch Siderophore (niedermolekulare Eisenchelatoren) acquiriert. Der Eisenstoffwechsel stellt somit ein attraktives Ziel für die Entwicklung neuartiger antifungaler Therapien dar. Durch eine auf Microarray-Analyse basierende Genom-weite Genexpressionsstudie haben wir jene Gene identifiziert, deren Expression von der Eisenverfügbarkeit abhängig ist. Diese Gene spielen möglicherweise eine Rolle direkt in der Eisenaufnahme oder aber in der generellen Adaption des pilzlichen Stoffwechsels an Eisenmangelbedingungen. Im vorliegenden Projekt sollen die identifizierten Gene funktionell untersucht werden. Dabei soll mittels Herstellung von Gendeletionsmutanten die Rolle der Genprodukte im Eisenstoffwechsel, in der Adaption an Eisenmangel und in der Virulenz charakterisiert werden. Das detaillierte Studium des pilzlichen Eisenstoffwechselweges ist nicht nur aus Sicht der Grundlagenforschung höchst interessant sondern wird weiters der intensiven Evaluierung dieses Stoffwechelsystems als Angriffspunkt zur Bekämpfung der Aspergillose und anderer Pilzinfektionen dienen.

Aspergillus fumigatus ist ein weltweit vorkommender saprophytischer Pilz mit dem der Mensch täglich konfrontiert ist. Dennoch kann A. fumigatus mit stark zunehmender Tendenz verschiedene Krankheiten auslösen, die von der Allergie bis zur invasiven Aspergillose reichen. Letztere ist eine lebensbedrohende systemische Infektion bei Patienten mit gestörtem Immunsystem. Die Verbesserung der Therapie und Diagnose von Infektionen mit A. fumigatus erfordert deshalb eine genauere Kenntnis des Pilz-spezifischen Stoffwechsels auf molekularer Ebene. Eisen ist ein für fast alle Organismen essentielles Metall. Da Eisen im Menschen hauptsächlich in gebundener Form als Transferrin, Ferritin oder Hämoglobin vorkommt, benötigen pathogene Mikroorganismen hoch-effiziente Mechanismen um das Eisen vom Wirt zu stehlen. In Vorgängerprojekten konnten wir zeigen, dass A. fumigatus während der Infektion Eisenmangel ausgesetzt ist und die Eisenaufnahme bzw Speicherung über Siderophore (niedermolekulare Eisenchelatoren) für die Virulenz essentiell ist. Der Siderophor/Eisenstoffwechsel unterscheidet sich grundlegend von menschlichen Systemen und ist somit ein attraktives Ziel für die Verbesserung der antimykotischen Therapie und der Diagnostik von Pilzinfektionen. Durch Genom-weite Transkriptomanalyse konnten wir zahlreiche Gene identifizieren, deren Expression von der Eisenverfügbarkeit abhängig ist. Die funktionelle Analyse dieser Gene führte zur detaillierten Charakterisierung von Pilz-spezifischen Mechanismen zur Adaptierung an Eisenmangel und Überschuss: Siderophorbiosynthese und Abbau, reduktive Eisenassimilation, Eisenspeicherung und Eisenregulation. Die Studien zeigten dass die Siderophorbiosynthese partiell in Peroxisomen lokalisiert ist und sowohl auf enzymatischer als auch regulatorischer Ebene eng mit dem Aminosäurestoffwechsel und der Biosynthese von Sterolen und Polyaminen verknüpft ist. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass Siderophore, die mit dem Isotop 68Gallium markiert sind, ein großes Potential für den in vivo Nachweis von Aspergillose mittels Positron-Emissions-Tomographie (PET Imaging) besitzen.