Genetic Diversity and Antifungal Susceptibility among Ecological Niche Populations of Aspergillus flavus in Yaounde, Cameroon

Stellen Sie sich die mikroskopische Welt als eine geschäftige, unsichtbare Stadt vor, in der winzige Pilz-Mieter in jeder Ecke leben: im Boden, auf unseren Nutzpflanzen, schwebend in der Luft und manchmal sogar in unserer Lunge. Einer der bekanntesten Mieter ist ein Schimmelpilz namens Aspergillus flavus. Während er normalerweise einfach nur im Dreck herumhängt, kann er auf zwei große Arten Probleme verursachen. Erstens liebt er es, auf Lebensmitteln wie Mais und Erdnüssen zu hausen, wo er unsichtbare, giftige Gifte namens Aflatoxine produziert, die Menschen krank machen oder sogar Leberkrebs verursachen können. Zweitens kann er, wenn er in die Lungen von Menschen mit schwachem Immunsystem gelangt, eine schwere Infektion namens invasive Aspergillose verursachen.

Um diesen Schimmelpilz zu bekämpfen, haben Menschen eine Klasse von Waffen namens „Triazole“ entwickelt. Stellen Sie sich diese als spezielle Schlüssel vor, die die Türen des Schimmelpilzes verriegeln und ihn daran hindern, seine Zellwände zu bauen, was ihn schließlich tötet. Landwirte nutzen diese Schlüssel auf ihren Feldern, um das Wachstum des Schimmelpilzes zu stoppen, während Ärzte sie zur Behandlung kranker Patienten einsetzen. Aber hier ist der Haken: Genau wie Bakterien lernen können, Antibiotika zu ignorieren, können auch Pilze lernen, die Triazol-Schlüssel zu ignorieren. Dies geschieht, wenn der Schimmelpilz so oft mit den Schlüsseln konfrontiert wird, dass er einen Weg entwickelt, sie zu brechen oder aus sich herauszupumpen. Die große Frage, die sich Wissenschaftler stellen, la ist: Werden die Schimmelpilzstämme, die auf unseren Lebensmitteln leben, so hart im Nehmen, dass sie auch die Schlüssel der Ärzte unwirksam machen könnten? Dies ist ein kritisches Rätsel, denn wenn die Schlüssel nicht mehr funktionieren, könnten sowohl unsere Lebensmittelsicherheit als als auch unsere Fähigkeit, kranke Patienten zu behandeln, in Gefahr geraten.

Die Geschichte des Schimmelpilzes in Kamerun

In dieser Studie reiste ein Team von Wissenschaftlern nach Yaoundé, der Hauptstadt von Kamerun, um ein spezifisches Viertel dieser mikroskopischen Stadt zu untersuchen. Sie wollten sehen, ob die Schimmelpilzstämme, die an verschiedenen Orten leben – wie etwa auf Mais, Erdnüssen, im Boden, in der Luft und in der menschlichen Lunge – miteinander verwandt sind und ob diejenigen, die auf Nutzpflanzen leben, gelernt haben, die „Schlüssel“ (Triazole) zu ignorieren, die von Landwirten und Ärzten verwendet werden.

Die große Schimmelpilzsuche
Die Forscher gingen aus und sammelten 560 Proben in der ganzen Stadt. Sie nahmen Mais und Erdnüsse von Märkten, schaufelten Erde aus Gärten auf, fingen Luftproben ein und sammelten sogar Sputum (Schleim) von Patienten in einem lokalen Krankenhaus. Aus diesem riesigen Haufen gelang es ihnen, 56 reine Proben von Aspergillus flavus zu isolieren. Es war, als würde man 56 spezifische Verdächtige in einer Menge von Tausenden finden.

Die Schlüssel testen (Antifungale Empfindlichkeit)
Als Nächstes unterzog das Team diese Schimmelpilzproben einem Test. Sie setzten sie vier verschiedenen Arten von Triazol-Schlüsseln aus: zwei, die Landwirte verwenden (Difenoconazol und Tebuconazol), und zwei, die Ärzte verwenden (Itraconazol und Voriconazol). Sie wollten sehen, wie viel von dem Wirkstoff benötigt wird, um das Wachstum des Schimmelpilzes zu stoppen. Diese Menge wird als „minimale Hemmkonzentration“ (MHK) bezeichnet.

Die Ergebnisse waren etwas besorgniserregend. Von den 56 Schimmelpilzproben waren etwa 30,3 % (17 Stämme) gegen mindestens einen der Wirkstoffe resistent. Das bedeutet, dass sie selbst dann wachsen können, wenn der Wirkstoff vorhanden ist.

• Die Verbindung zur Ernte: Der Schimmelpilz, der auf Mais und Erdnüssen gefunden wurde, war viel zäher als der Schimmelpilz, der in der Luft schwebt. Die Stämme auf den Nutzpflanzen benötigten höhere Dosen der Wirkstoffe, um gestoppt zu werden.
• Die Kreuzresistenz: Die Studie fand eine starke Verbindung zwischen den verschiedenen Wirkstoffen. Wenn ein Schimmelpilzstamm gegen einen der Landwirtschafts-Wirkstoffe resistent war, war es sehr wahrscheinlich, dass er auch gegen den Arzt-Wirkstoff resistent war. Es ist, als hätte der Schimmelpilz gelernt, ein Schloss zu ignorieren, und dabei erkannt, dass er auch alle ähnlichen Schlösser im Gebäude ignorieren kann.
• Die gute Nachricht: Interessanterweise war keine der Schimmelpilzproben resistent gegen Voriconazol, den Wirkstoff, auf den sich Ärzte derzeit am meisten verlassen. Doch die Tatsache, dass sie gegen die anderen resistent sind, deutet darauf hin, dass der Schimmelpilz stärker wird.

Die den Stammbaum des Schimmelpilzes kartieren (Genetische Diversität)
Die Wissenschaftler betrachteten nicht nur, wie zäh der Schimmelpilz war, sondern untersuchten auch seine DNA, um zu sehen, wie die verschiedenen Gruppen miteinander verwandt sind. Sie verwendeten sechs spezifische genetische Marker, die wie einzigartige Barcodes auf der DNA des Schimmelpilzes funktionieren, um einen Stammbaum zu erstellen.

• Nachbarn oder Fremde? Sie fanden heraus, dass die Schimmelpilze, die auf Mais und Erdnüssen leben, sehr eng miteinander verwandt sind, fast wie Nachbarn, die dieselben Gene teilen. Der Schimmelpilz, der in der Luft schwebt, war jedoch ganz anders und vielfältiger, wie eine Gruppe von Fremden aus der ganzen Welt.
• Das Durchmischen: Die Studie entdeckte, dass der Schermpilz sich nicht nur klont, sondern seine Gene durch einen Prozess namens Rekombination mischt. Dies ist so, als würde der Schimmelpilz DNA-Karten mit seinen Nachbarn tauschen, wodurch neue Kombinationen entstehen, die ihm helfen könnten, besser zu überleben.
• Die Überraschung: Obwohl einige Schimmelpilzstämme exakt denselben genetischen „Barcode“ hatten, verhielten sie sich nicht immer gleich. Einige waren zäh und andere schwach. Dies deutet darauf hin, dass in dem Schimmelpilz eine größere genetische Vielfalt verborgen liegt, als diese sechs Barcodes zeigen könnten.

Was bedeutet das?
Die Studie legt nahe, dass der intensive Einsatz von Fungiziden auf Nutzpflanzen in Kamerun wahrscheinlich dazu führt, dass der Schimmelpilz trainiert wird, resistent zu werden. Da die Medikamente, die Landwirte und Ärzte verwenden, sich so ähnlich sind, lernt der Schimmelpilz, beide zu ignorieren. Obwohl der Schimmelpilz die beste Waffe der Ärzte (Voriconazol) noch nicht vollständig besiegt hat, ist die starke Verbindung zwischen der Resistenz auf dem Feld und der klinischen Resistenz ein Warnsignal.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass wir klüger mit der Verwendung dieser Wirkstoffe umgehen müssen. Sich zu sehr auf dieselben chemischen Schlüssel zu verlassen, könnte diese letztendlich alle unbrauchbar machen. Sie schlagen vor, dass wir neue Wege brauchen, um unsere Lebensmittel zu schützen, die nicht auf diesen spezifischen Wirkstoffen basieren, um sowohl unsere Ernten als auch unsere Patienten gesund zu halten. Der Schimmelpilz entwickelt sich weiter, und wir müssen versuchen, ihm immer einen Schritt voraus zu sein.