Um auf stickstoffarmen Untergründen zu überleben, töten und fressen Austernpilze winzige Fadenwürmer. Eine neue Studie gibt nun Einblicke in ihre Jagdstrategie. Demnach bilden die Pilze an ihren unterirdischen Fäden eine Art kleine Lollis, die mit dem Nervengas 3-Octanon gefüllt sind. Bei Berührung durch ein Beutetier platzen die Kügelchen auf und setzen ihr Gift frei. Die Wirkung hat das Forschungsteam im Labor nachgestellt: Der Fadenwurm wird rasch gelähmt und seine Zellen gehen zugrunde. Der Pilz kann nun in seine Beute einwachsen und sie verdauen. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, Austernpilze zur Bekämpfung schädlicher Fadenwürmer in der Landwirtschaft einzusetzen.
Austernpilze (Pleurotus ostreatus) wachsen typischerweise auf verrottenden Laubbäumen. Da in dieser Umgebung Stickstoff extrem knapp ist, haben sie sich darauf spezialisiert, winzige Fadenwürmer, sogenannte Nematoden, zu erlegen und als Stickstoffquelle zu verzehren. Für manche Austernpilze dient die Jagd zugleich der Verteidigung: Denn je nach Lebensraum zählen zu den Nematoden auch Exemplare, die sich von Pilzhyphen ernähren. Obwohl bereits bekannt war, dass Austernpilze chemische Verbindungen nutzen, um ihre Beute zu lähmen und zu töten, war ihre genaue Strategie bislang unklar.
Lollis mit Nervengift
Schon frühere Studien hatten sich auf die Suche nach der chemischen Verbindung gemacht, die Austernpilze gegen Nematoden einsetzen. Doch obwohl manche der Substanzen, die Forscher aus den Pilzen isolierten, tatsächlich in der Lage waren, Fadenwürmer zu töten, löste keine der bisher bekannten Verbindungen die in der Natur beobachtete schnelle Lähmung und Zellnekrose aus. „Das deutete darauf hin, dass die wichtigste nematodentötende Verbindung, die Austenpilze produzieren, noch identifiziert werden musste“, schreibt ein Team um Ching-Han Lee von der Academia Sinica in Taiwan.
Um das entsprechende Gift zu finden und den Mechanismus aufzudecken, führte das Team eine Reihe von Experimenten durch. Zunächst wiesen sie nach, welche Struktur der Pilze das Gift freisetzt. Bereits früher hatten Wissenschaftler vermutet, dass diese Aufgabe von winzigen Kügelchen erfüllt wird, die wie kleine Lollis an den Pilzhyphen wachsen und bei Berührung platzen. Lee und sein Team züchteten zum Test Austernpilze, denen diese als Toxocysten bezeichnete Struktur fehlte. Und tatsächlich: Die mutierten Austernpilze ohne Toxocysten waren nicht in der Lage, Nematoden zu töten.
Breite Toxizität gegen Nematoden
Im nächsten Schritt zerstörte das Forschungsteam bei Wildtyp-Austernpilzen die Toxocysten mechanisch und setzten unmittelbar danach Fadenwürmer des Typs C. elegans auf das Substrat. „Wir beobachteten, dass sich die Fadenwürmer in diesem Fall ungehindert in der Pilzkultur bewegen konnten“, so die Forscher. „Der sofortige Verlust der Toxizität direkt nach dem Zerstören der Toxocysten lieferte uns einen Hinweis darauf, dass es sich um eine flüchtige Verbindung handeln könnte.“ Diese Hypothese prüften die Forscher mit Hilfe einer Technik namens Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Diese ermöglicht es, flüchtige organische Verbindungen zu identifizieren. Auf diese Weise fanden sie heraus, dass es sich bei der Verbindung um 3-Octanon handelte, eine flüchtige Verbindung mit acht Kohlenstoff-Atomen, die unter anderem auch von Pflanzen wie Lavendel und Rosmarin produziert wird.
Im Labor testete das Team, wie diese für Menschen ungefährliche Substanz auf Fadenwürmer wirkt. „Wir beobachteten, dass 3-Octanon bei einer Konzentration oberhalb von 50 Prozent Fadenwürmer wie C. elegans und mehrere weitere Spezies, lähmt“, so die Forscher. „Das deutet darauf hin, dass 3-Octanon eine breite Toxizität gegen diverse Arten von Nematoden aufweist.“ Kamen die Nematoden in Kontakt mit dem Gift, verloren sie beinahe augenblicklich ihre Bewegungsfähigkeit. Auf molekularer Ebene beobachteten die Forscher einen massiven Einstrom von Kalzium in die Muskel- und Nervenzellen der Fadenwürmer. Auch in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen, stieg der Kalziumgehalt stark an, woraufhin sich die Mitochondrien mit Wasser füllten und platzten. In der Folge gingen die Zellen der Fadenwürmer zugrunde und die Tiere starben.
Austernpilze für die Landwirtschaft?
Aus Sicht der Forscher geben diese Ergebnisse nicht nur interessante Einblicke in die Jagdstrategie der Austernpilze, sondern können womöglich auch landwirtschaftlich genutzt werden. „Künftige Studien, die untersuchen wie die Toxozystenentwicklung durch Umwelt- oder physiologische Faktoren reguliert wird, könnten Strategien aufzeigen, wie Austernpilze als wirksames Biokontrollmittel gegen parasitäre Nematoden in der Landwirtschaft eingesetzt werden können“, so die Autoren. Da 3-Octanon in den Laborversuchen weniger wirksam war als das Gift der Wildtyp-Austernpilze, gehen sie davon aus, dass die Substanz in der Natur mit weiteren organischen Verbindungen aus den Toxocysten zusammenspielt. Welche das sein könnten, will das Team in zukünftigen Studien untersuchen.
Quelle: Ching-Han Lee (Academia Sinica, Taipeh, Taiwan) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.ade4809
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