Mikroben vereint gegen den Feind

Endobakterien_Mikroskop

Mit Fluoreszenz-Mikroskopie spürten die Forschenden die Bakterien (grün) in den Hyphen des Pilzes (blau) auf. Quelle: Leibniz-HKI

 

Forschende des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – (Leibniz-HKI) stießen in der Literatur auf eine auffällige Parallele: Der Pilz Mortierella verticillata soll eine giftige Substanz produzieren, die in ähnlicher Form auch von einem Bakterium gebildet wird.

Christian Hertweck, Professor für Naturstoffchemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Leiter einer Abteilung am Leibniz-HKI machte sich auf die Spur nach einem verborgenen Mitspieler, da es höchst unwahrscheinlich scheint, dass so unterschiedliche Organismen wie Pilze und Bakterien solch ähnliche Stoffe bilden.

Tatsächlich war ein weiterer Mikroorganismus bisher undercover geblieben. Doch Hertwecks Team konnte ihn aufspüren: Mittels Fluoreszenz-Mikroskopie entdeckten die Forschenden ein bisher nicht beschriebenes Bakterium, das in den Hyphen des Pilzes lebt. Sie nannten es: Candidatus Mycoavidus necroximicus. „Der Fund befeuerte unseren Verdacht, dass nicht der Pilz das Toxin bildet, sondern das Bakterium im Innern des Pilzes“, erklärt Hannah Büttner, Doktorandin in Hertwecks Gruppe und eine der Erstautorinnen der Studie.

Um zu untersuchen, ob tatsächlich das Bakterium für das Toxin – Necroxim genannt – verantwortlich ist, war Detektivarbeit gefragt. Das Forschungsteam führte eine Reihe vergleichender Untersuchungen im Labor durch. Der Pilz wurde mit Antibiotika behandelt, um den Endosymbionten, also das Bakterium im Innern des Pilzes, abzutöten. Anschließend vergliechen die Forschenden das metabolische Profil mit dem des unbehandelten Pilzes. Bei dem bakterienfreien Pilz konnte das Necroxim nicht mehr detektiert werden.

Das Bakterium im Innern des Pilzes ist von ihm abhängig, sodass es ohne seinen Wirt nicht kultivierbar ist. Den Forschenden gelang es jedoch, bakterielle DNA aus den Hyphen des Pilzes zu isolieren. Aus diesen DNA-Fragmenten konnten die australischen Partner um den Molekularbiologen Sacha Pidot das gesamte Genom des Bakteriums entschlüsseln. 

Die Forschenden nehmen an, dass der Pilz mithilfe des vom Bakterium gebildeten Toxins vor Fressfeinden wie Fadenwürmen geschützt wird, die ebenso wie der Pilz in Böden vorkommen. Bei Experimenten mit diesen Nematoden zeigte sich die toxische Wirkung: In Gegenwart der Toxin-bildenden Bakterien werden die Würmer abgetötet. Bildgebende Verfahren, die von der Forschungsgruppe um den Systembiologen Thilo Figge am Leibniz-HKI durchgeführt wurden, bestätigten die Wirkung zusätzlich.

Die Entdeckung des verborgenen Bakteriums und die Entschlüsselung seiner ökologischen Funktion für den Pilz sind von großer Bedeutung. Pilze der Gattung Mortierella zeigen eine gesunde Bodenstruktur an. Sie werden in der Landwirtschaft auch als pflanzenwachstumsfördernde Pilze eingesetzt.