Ein heimlicher Pilz hat die Fledermäuse Nordamerikas ausgerottet, aber Wissenschaftler stehen möglicherweise kurz vor der Behandlung des Weißnasen-Syndroms

Ein invasiver Pilz, der die Haut überwinternder Fledermäuse besiedelt und tödliche Folgen hat, ist ein heimlicher Eindringling, der mehrere Strategien nutzt, um die Hautzellen kleiner Säugetiere zu infiltrieren und sie heimlich zu manipulieren, um sein eigenes Überleben zu fördern. Der Pilz, der das Weißnasen-Syndrom verursacht, hat in den letzten 18 Jahren mehrere nordamerikanische Arten vernichtet.

Wissenschaftler haben seit seiner ersten Entdeckung in einer New Yorker Höhle im Jahr 2006 viel über den Pilz Pseudogymnoascus destructans gelernt, einschließlich seiner Wachstumsgebiete, seiner Verbreitung und seiner klinischen Merkmale. Aber wie genau der Pilz seine Infektion auslöst, bleibt eine „Black Box – ein großes Rätsel“, sagt Bruce Klein, Professor für Pädiatrie, Medizin, medizinische Mikrobiologie und Immunologie an der University of Wisconsin-Madison.

Dieser Mangel an Verständnis hat es schwierig gemacht, Gegenmaßnahmen zur Behandlung oder Vorbeugung von Infektionen zu entwickeln.

Jetzt konnten Klein und Marcos Isidoro-Ayza, ein Doktorand in Kleins Labor, erstmals im Detail untersuchen, wie der Pilz heimlich in Zellen namens Keratinozyten auf der Hautoberfläche von Fledermäusen eindringt und diese entführt.

Der Exploit wird in der Ausgabe vom 11. Juli 2024 detailliert beschrieben Wissenschaft.

Forscher fanden heraus, dass P. destructans infizierte Zellen als Zufluchtsort nutzt und das Absterben der Zellen verhindert, was wiederum das Immunsystem der Fledermäuse beeinträchtigt und es dem mikrobiellen Eindringling ermöglicht, weiter zu wachsen und sich in mehr Zellen einzuschleichen.

Zu diesem Zweck schufen Klein und Isidoro-Ayza die allererste Keratinozytenlinie aus der Haut einer kleinen braunen Fledermaus. Es gelang ihnen auch, die Bedingungen des Winterschlafs zu reproduzieren, der durch starke Schwankungen der Körpertemperatur gekennzeichnet ist, die mit Phasen der Erstarrung (wenn sich der Stoffwechsel des Tieres verlangsamt und die Körpertemperatur sinkt) und Wachheit einhergehen.

Dies ist für das Verständnis von P. destructans-Infektionen von entscheidender Bedeutung, da der kühle Pilz bei kalten Bedingungen der Erstarrung Fuß fasst und während der Erregungszeit, wenn die Körpertemperatur der Fledermäuse ansteigt, bestehen bleiben kann.

Klein und Isidoro-Ayza haben bereits herausgefunden, wie es dem Pilz gelingt, in Zellen einzudringen: indem er ein Protein auf ihrer Oberfläche namens Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) übernimmt. Mutationen in diesem gleichen Rezeptor in menschlichen Zellen verursachen einige Lungenkrebsarten, und diese Krebsarten werden mit einem bestehenden Medikament namens Gefitinib behandelt, was die Möglichkeit eröffnet, es zur Behandlung oder Vorbeugung des Nasensyndroms einzusetzen.

„Es ist bemerkenswert, dass wir die Infektion gestoppt haben, als wir den Rezeptor mit diesem Medikament hemmten“, sagt Isidoro-Ayza. „Dies ist ein von der FDA zugelassenes Medikament, das möglicherweise in Zukunft zur Behandlung anfälliger Fledermausarten eingesetzt werden könnte. »

Obwohl die genaue Rolle von EGFR bei Infektionen noch nicht vollständig geklärt ist, haben Klein und Isidoro-Ayza viel über die Funktionsweise des Pilzes gelernt.

Das erste Eindringen des Pilzes erfolgt während der Erstarrung, wenn das Immunsystem der Fledermäuse ruht und ihre Körpertemperatur im idealen Bereich für die Keimung und das Wachstum von P. destructans liegt. Während der Erstarrung dringt der Pilz mit seinen Hyphen (dünnen Fäden, durch die er wächst und Nährstoffe sammelt) in die Hautzellen der Fledermäuse ein, ohne die Zellmembranen zu zerstören. Dies würde den Zelltod auslösen und den Pilz dem Immunsystem der Fledermäuse aussetzen.

Klein und Isidoro-Ayza entdeckten außerdem, dass der Pilz mehrere Strategien nutzt, die es ihm ermöglichen, seine Invasion auch in Wachphasen fortzusetzen, trotz der höheren Körpertemperatur der Fledermäuse und des reaktivierten Immunsystems.

Erstens manipuliert der Pilz in Phasen der Erregung Zellen so, dass sie sie in einem Prozess namens Endozytose verschlingen, anstatt seine Hyphen zu nutzen, um in die Zelle einzudringen.

Zweitens entdeckten sie, dass die Sporen des Pilzes – mikroskopisch kleine Partikel, mit denen er sich vermehrt – mit einer Melaninschicht bedeckt sind, die sie vor den Strategien der Zellen schützt, eindringende Mikroben abzutöten.

„Dadurch kann die Spore diese Wachphase überstehen, und wenn die Fledermaus wieder in die Erstarrung gerät, beginnen die Sporen in ihren Zellen erneut zu keimen und besiedeln weiterhin die Haut“, erklärt Isidoro-Ayza, Studentin im Fach Vergleichende Biomedizin Graduiertenprogramm für Naturwissenschaften an der UW-Madison School of Veterinary Medicine.

Die endgültige Infektionsstrategie von P. destructans besteht in der Blockierung der Apoptose, auch bekannt als programmierter Zelltod, einem Abwehrmechanismus, mit dem Zellen Krankheitserreger exponieren, damit Immunzellen sie eliminieren und zerstören können.

„Wenn die Zellen nicht abgetötet werden, kann der Pilz im Gewebe verbleiben und in tiefere Hautschichten eindringen“, erklärt Isidoro-Ayza.

Mit diesen neuen Erkenntnissen hoffen die Forscher, dass Behandlungen und ein möglicher Impfstoff kurz vor der Realität stehen.

Diese Ergebnisse sind nur ein Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Klein und Isidoro-Ayza und Wissenschaftlern des U.S. Fish and Wildlife Service und des National Wildlife Health Center des U.S. Geological Survey in Madison.

Diese Forschung ist nicht nur für den Schutz von Fledermäusen wertvoll, die viele Vorteile bieten, unter anderem als Bestäuber und Insektenräuber, sondern auch, weil Pilzpathogene für viele Arten ein wachsendes Problem darstellen.

„Einige Pilzkrankheiten verursachen Epidemien und Pandemien bei verschiedenen Arten von Organismen, darunter Pflanzen, Wirbellosen, Amphibien, Reptilien und Fledermäusen“, erklärt Isidoro-Ayza. „Daher könnten alle Mechanismen, die wir bei dieser Krankheit entdecken oder besser verstehen, auch Auswirkungen auf den Schutz anderer Arten haben.“ »