Februar 7, 2023

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Fleischfressende Austernpilze können Spulwürmer mit „Nervengas in einem Lutscher“ töten

Hineinzoomen / Austern Pilz (Rippenfellentzündung) wachsen ruhig auf einem Baumstumpf in einem Wald. Aber Vorsicht vor Nematoden! Diese Austernpilze wollen dich fressen – und sie haben einen neuen Mechanismus entwickelt, um dich zu lähmen und zu töten.

Arterra/Getty Images

Austern Pilz (Rippenfellentzündung) sind ein Grundnahrungsmittel in vielen Arten von Küchen, geschätzt für ihren milden Geschmack und ihr mysteriöses Aroma, das an Anis erinnert. Dieser cremefarbene Pilz ist auch eine von mehreren Arten fleischfressender Pilze, die sich ernähren Nematoden (Spulwürmer) insbesondere. Pilze haben einen neuen Mechanismus entwickelt, um ihre Nematoden-Beute zu lähmen und zu töten: ein Toxin, das sich in lutscherähnlichen Strukturen namens Texosis befindet und, wenn es freigesetzt wird, innerhalb von Minuten einen weit verbreiteten Zelltod bei Nematoden verursacht. Wissenschaftler haben nun die spezifische flüchtige organische Verbindung identifiziert, die für diesen Effekt verantwortlich ist, so a neues Blatt Veröffentlicht in der Zeitschrift Science Advances.

Fleischfressende Pilze wie Austernpilze ernähren sich von Nematoden, da diese kleinen Kreaturen im Boden reichlich vorhanden sind und eine nützliche Proteinquelle darstellen. Verschiedene Arten haben unterschiedliche Mechanismen entwickelt, um ihre Beute zu jagen und zu verzehren. zum Beispiel, Omzyten Sie sind pilzähnliche Organismen, die „Jägerzellen“ aussenden, um Nematoden zu jagen. Einmal gefunden, bilden sie Zysten in der Nähe des Mundes oder Anus des Spulwurms und injizieren sich dann in die Würmer, um die inneren Organe anzugreifen. Eine andere Gruppe von Albicans verwendet Zellen, die wie Harpunen auf der Jagd nach Beute wirken und Pilzsporen in den Wurm injizieren, um sein Schicksal zu besiegeln.

Andere Pilze produzieren Sporen mit irritierenden stab- oder dolchartigen Formen. Nematoden nehmen Sporen auf, die sich in der Speiseröhre festsetzen und keimen, indem sie den Darm des Wurms perforieren. Es gibt klebrige, astartige Strukturen, die wie Sekundenkleber wirken; Todeshalsbänder, die sich lösen, wenn Nematoden durchschwimmen und sich in die Würmer injizieren; Mehr als ein Dutzend Pilzarten verwenden Köder, die in weniger als einer Sekunde zusammenbrechen und die Nematoden zu Tode quetschen.

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Hineinzoomen / Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Bild von toxischen Zysten P. Ostreatus Pilzfaden.

Yi Yun Lee

Austernpilze vermeiden diese physikalischen Fallen zugunsten eines chemischen Mechanismus. P. Ostreatus Es ist ein sogenannter „Holzspinner“, der auf tote Bäume abzielt, aber das Holz ist relativ eiweißarm. Seine langen, verzweigten Filamente (Filamente genannt) sind Teil des Pilzes, der im verrottenden Holz wächst. Diese Hyphe ist die Heimat der Giftzysten. Wenn Nematoden auf die Giftzysten treffen, platzen sie, und die Nematoden werden normalerweise gelähmt und sterben innerhalb von Minuten. Sobald die Beute tot ist, wachsen die Hyphen in die Körper der Nematoden ein, lösen den Inhalt auf und saugen die Aufschlämmung für Nährstoffe aus.

Im Jahr 2020 testete ein Team von Wissenschaftlern der Academia Sinica in Taiwan alle 15 Arten P. Ostreatus Und ich habe es gefunden Alle 15 können bei Hunger giftige Tropfen produzieren. Sie testeten auch 17 Nematodenarten und stellten fest, dass keiner von ihnen den Kontakt mit dem Toxin überleben konnte. Co-Autor Cheng Han Li und Kollegen schlugen vor, dass der Schuldige in den Muskeln der Tiere gespeichertes Kalzium sein könnte, das, wenn es als Reaktion auf Nervensignale freigesetzt wird, die Muskeln dazu veranlasst, sich zusammenzuziehen. Muskeln entspannen sich, wenn Nervensignale die Kalziumspeicher wieder auffüllen.

Um die Hypothese zu testen, führte das Team Experimente durch, bei denen das Kalzium in den Würmern sichtbar war, und verfolgte dann die Reaktion auf die Exposition gegenüber Austernpilzzysten. Sie fanden heraus, dass die Rachen- und Kopfmuskeln des vergifteten Fadenwurms mit Kalzium überschwemmt waren, und sagten, dass das Kalzium nicht verschwand, was zu einem weit verbreiteten neuromuskulären Zelltod führte. Sie schlugen vor, dass das Gift die anfängliche Reaktion auf Kalzium auslöst, dann aber den Mechanismus blockiert, durch den die Nematoden ihre Kalziumversorgung wieder auffüllen.

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Die mitochondriale Kalziumwelle breitet sich nach dem Kontakt durch das Stromagewebe aus P. OstreatusBildnachweis: Ching Han Lee

ausser mir et al. Sie waren nicht in der Lage, die für die Wirkung verantwortlichen spezifischen Toxine zu identifizieren, stellten jedoch fest, dass sich der chemische Mechanismus des Austernpilzes von dem der Nematizide unterscheidet, die derzeit zur Bekämpfung von Nematodenpopulationen verwendet werden. Für die neue Studie verwendeten Li und Co-Autoren dazu ein Gaschromatographie-Massenspektrometer. Die erste Version des Experiments testete ein Probenfläschchen, das nur Kulturmedium und Glasperlen enthielt. Eine zweite Kopie testete eine Probe, die ein Fläschchen enthielt P. Ostreatus die zwei bis drei Wochen aufgezogen wurden. Die dritte Kopie war eine Mischung aus den ersten beiden Testprobenfläschchen, die beide Kulturen enthielten P. Ostreatus und Glasperlen.

Der Schuldige: ein flüchtiges Keton namens 3-Octanon, das eine von mehreren natürlich vorkommenden flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) ist, die Pilze zur Kommunikation verwenden. 3-Octanon scheint auch als wirksamer Mechanismus zum Abtöten von Nematoden zu wirken. Die Exposition von vier Arten von Nematoden gegenüber 3-Octanon verursachte einen massiven (und tödlichen) Einstrom von Calciumionen in Nerven- und Muskelzellen. Die Dosierung ist laut den Autoren kritisch. Niedrige Dosen stoßen Schnecken ab, aber hohe Dosen sind tödlich. Gleiches gilt für Nematoden. Eine hohe Konzentration von mehr als 50 Prozent 3-Octanon ist erforderlich, um eine schnelle Lähmung und einen weit verbreiteten Zelltod zu verursachen. Das Team verursachte auch Tausende von zufälligen genetischen Mutationen im Pilz. Jene Mutanten, die keine toxischen Zysten auf ihren Filamenten entwickelten, waren für Nematoden nicht mehr toxisch Bestimmte Arten sind elegant.

Warum Pilze einen so ungewöhnlichen Nematoden-Abtötungsmechanismus entwickeln, vermuten die Autoren, dass dies daran liegt, dass absterbende oder verrottende Bäume besonders arm an Stickstoff sind, und dieser Mechanismus eine gute Möglichkeit für Pilze ist, diesen Mangel auszugleichen. Diese Zysten können sogar einem Verteidigungszweck dienen. Bestimmte Arten von Nematoden können Pilzhyphen durchbohren, um das Zytoplasma herauszusaugen, sodass das Vorhandensein giftiger Gase abgebender Zysten auf den Hyphen die Pilze vor solchen Raubtieren schützen könnte.

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DOI: Fortschritte in der Wissenschaft, 2023. 10.1126/sciadv.ade4809 (Über DOIs).