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Vom Darm in den Weltraum

Candida albicans nutzt Sauerstoffmangel, um Krankheiten zu verursachen

18.01.2019

The image was acquired at the Umeå Core Facility for Electron Microscopy (UCEM)

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Neutrophilen, die mit einem Pilzbiofilm in einer anoxischen Umgebung interagieren. Neutrophile sind nicht in der Lage, mit ihrem vollen antimykotischen Potenzial zu reagieren

Wissenschaftler der Universität Umeå haben gezeigt, wie die Hefe Candida albicans in verschiedenen Körpernischen einen niedrigen Sauerstoffgehalt modulieren und anpassen kann, um eine Infektion zu verursachen und den Wirt zu schädigen. Die Untersuchung der Anpassung an hypoxische oder anoxische Nischen ist besonders fruchtbar, da sie uns hilft, die Pathogenität von C. albicans zu verstehen und die Entwicklung besserer Therapieansätze zu fördern.

"Es war sehr überraschend zu sehen, dass der Pilz keinen Sauerstoff benötigt, um Krankheiten zu verursachen. Unerwartet könnte der mikrobielle Erreger sogar sauerstoffarme Umgebungen nutzen, um einem Immunangriff zu entgehen und virulenter zu werden." - sagt Constantin Urban, Associated Professor an der Abteilung für klinische Mikrobiologie. Die jüngsten Arbeiten seiner Gruppe zielen darauf ab, zu klären, wie die Anpassung von mikrobiellen Pilzen an sauerstoffarme Umgebungen ihre Erkennung durch Immunzellen und ihre Fähigkeit, zu gedeihen und schädliche Infektionen im Wirt zu verursachen, beeinflusst. Interessanterweise ist C. albicans eine kommensale Mikrobe unseres Magen-Darm-Systems, und wenn natürliche Barrieren aufgrund von immunsuppressiven Krankheiten oder Behandlungen versagen, kann sich C. albicans aus seinem natürlichen Reservoir ausbreiten und in den Körper eindringen, um lebensbedrohliche, systemische Krankheiten zu verursachen. "Wir verstehen jetzt, wie C. albicans unter diesen Umständen das Training aus anoxischen Kommentarnischen ausnutzt, um in tief eingeschnittenen Körperstellen zu gedeihen, die schnell Entzündungen und die Rekrutierung von Immunzellen induzieren. Beide Prozesse verbrauchen schnell Sauerstoff und erzeugen wiederum sauerstoffarme Milieus." - so Dr. Urban weiter.

Systemische Infektionen, die oft zu einer Sepsis führen, nehmen der überwiegenden Mehrheit der schwer kranken Patienten schnell das Leben und sind eine globale Bedrohung. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation wird die Sepsis jedes Jahr weltweit schätzungsweise mehr als 30 Millionen Menschen betreffen, was zu 6 Millionen Todesfällen führen kann. Von diesen 3 Millionen sind Neugeborene und 1,2 Millionen sind Kinder. Candida albicans ist der häufigste Pilzerreger und eine häufige Ursache für Sepsis. Während die meisten Menschen von Geburt an mit Candida albicans infiziert sind, verursacht die Infektion schwere Krankheiten oder sogar den Tod, insbesondere bei Menschen mit einem geschwächten Immunsystem. Ihre neue Studie ist ein Schritt in Richtung der Charakterisierung von Immunantworten bei niedrigem Sauerstoffgehalt, einem häufigen Stresszustand während Entzündungen und Infektionen. Vor allem Neutrophile, die am häufigsten vorkommenden weißen Blutkörperchen und die essentielle Abwehrlinie gegen Pilzmikroben, wurden in ihrer Fähigkeit behindert, C. albicans unter sauerstoffarmen Bedingungen anzugreifen und auszurotten, während der Stoffwechsel und die Lebensfähigkeit der Neutrophile unberührt zu sein schienen.

"Unsere Arbeit ist klinisch relevant, da die aktuelle Pilztherapie durch toxische Nebenwirkungen und Unwirksamkeiten behindert wird. Wir erhielten Einblicke in Mechanismen, mit denen Pilzkrankheiten die Immunüberwachung in sauerstoffarmen Umgebungen umgehen. Daher zielt unsere Studie darauf ab, zukünftige Therapiestrategien zu identifizieren, um vorzeitige Todesfälle zu reduzieren und die Lebensqualität der Patienten zu verbessern. Aber ich habe immer gerne über den Tellerrand hinausgeblickt", erklärt Pedro Lopes, kürzlich promovierter Doktorand in der Gruppe und Erstautor der Studie.

"Pilze sind sehr vielseitige Organismen, die an fast jedem Ort wachsen können. Interessanterweise wurden auf der Internationalen Raumstation (ISS) wachsende Pilze entdeckt. Die laufende Forschung versucht zu klären, wie Pilzmikroben unter diesen Bedingungen gedeihen. Unsere Untersuchungen eröffnen neue Möglichkeiten, die Anpassung von Pilzen an hypoxische Umgebungen zu untersuchen, z.B. in unserem Körper oder auf Raumstationen." - schließt Dr. Lopes.

Der Bericht, der die Arbeit beschreibt, wurde diesen Monat von der Zeitschrift MBio zurück zu einer ergänzenden, aber unabhängigen Studie von Forschern der Aberdeen University veröffentlicht, die elegant die zellulären Prozesse von C. albicans beschreiben, die die Anpassung von Pilzen an Hypoxie regulieren. Beide Artikel zeigen die Aktualität und Bedeutung des Verständnisses der Anpassung an Hypoxie während der Infektion.

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