Evolution & Anpassung bei Pathogenen

Nichts in der Biologie ergibt einen Sinn außer im Licht der Evolution (T. Dobzhansky). Die Interaktion von Wirt und Pathogen ist keine Ausnahme von dieser Regel: auf der einen Seite müssen sich Krankheitserreger an den vielfältigen Stress und die wechselnden Umweltbedingungen in ihren Wirten anpassen. Auf der anderen Seite sind die Wirte das Produkt einer langen Evolutionsgeschichte hin zu weitereichender Resistenz gegen Mikroorganismen. Dieser evolutionäre Wettkampf hat zu einigen der erstaunlichsten biologischen Anpassungsstrategien geführt, von hochoptimierten Nährstoffaufnahmesystemen bis zum adaptiven Immunsystem der Wirbeltiere.

Uns interessieren die evolutionären Prozesse und Mechanismen von Candida albicans und C. glabrata während der Infektion. Wie die meisten Mikroorganismen können sich diese beiden wichtigsten opportunistischen krankheitserregenden Pilze durch ihre genetische Flexibilität und ihre kurzen Generationszeiten gut an wechselnde Umweltbedingungen anpassen. Dieses Phänomen ist ein bekanntes Problem, wenn es zur Entstehung von Resistenzen gegen Antimykotika führt.

Für unsere Experimente untersuchen wir stattdessen die evolutionären Anpassungen der Pilze an Makrophagen, den „großen Fressern“ des Immunsystems. Dazu verwenden wir zwei Modelle: einen C. glabrata-Wildtypstamm und einen speziellen Stamm von C. albicans, der wegen eines Hyphenbildungsdefekts nicht mehr aus Makrophagen ausbrechen und entkommen kann (wie es der normale Wildtyp macht). In beiden Fällen haben wir nach einer Reihe von Passagen in Co-Kultur von Pilz und Immunzellen einen überraschenden Wechsel des Phänotyps beobachten können: während die Ausgangsstämme als Hefen wuchsen, wechselte die Morphologie während des Experiments zu länglichen, hyphenartigen Strukturen. Interessanterweise gelten Hyphen, die wir hier als Anpassung beobachten konnten, bei C. albicans als zentraler Pathogenitätsfaktor.

Mit in vitro- und in vivo-Experimenten konnten wir die evolvierten Stämme näher untersuchen. Über Transkriptionsanalysen und Genomsequenzierungen konnten die Evolutionsereignisse auf einzelne Mutationen zurückverfolgt werden, und der mechanistische Zusammenhang zwischen diesen Einzelmutationen und der Veränderung der Wirt-Pathogen-Interaktion gefunden werden. Mit einem in vivo-Adaptationsexperiment von C. albicans an die Mausnieren komplementieren wir unsere in vitro-Ergebnisse.

Mitarbeiter*innen

Sascha Brunke
Mathias Jansen
Theresa Rothe
Verena Trümper
Raghav Vij

Publikationen

Ishchuk OP, Ahmad KM, Koruza K, Bojanovič K, Sprenger M, Kasper L, Brunke S, Hube B, Säll T, Hellmark T, Gullstrand B, Brion C, Freel K, Schacherer J, Regenberg B, Knecht W, Piškur J (2019) RNAi as a tool to study virulence in the pathogenic yeast Candida glabrata. Front Microbiol 10, 1679.
Naglik JR, Gaffen SL, Hube B (2019) Candidalysin: Discovery and function in Candida albicans infections. Curr Opin Microbiol 52, 100-109. (Review)
Pekmezovic M, Mogavero S, Naglik JR, Hube B (2019) Host-pathogen interactions during female genital tract infections. Trends Microbiol 27(12), 982-996. (Review)
Siscar-Lewin S, Hube B, Brunke S (2019) Antivirulence and avirulence genes in human pathogenic fungi. Virulence 10(1), 935-947. (Review)
Swidergall M, Khalaji M, Solis N, Moyes D, Drummond R, Hube B, Lionakis M, Murdoch C, Filler S, Naglik J (2019) Candidalysin is required for neutrophil recruitment and virulence during systemic Candida albicans infection. J Infect Dis 220(9), 1477-1488.
Gerwien F, Skrahina V, Kasper L, Hube B, Brunke S (2018) Metals in fungal virulence. FEMS Microbiol Rev 42(1), fux050. (Review)
Guerrero QW, Fan L, Brunke S, Milkowski A, Rosado-Mendez IM, Hall TJ (2018) Power spectrum consistency among systems and transducers. Ultrasound Med Biol 44(11), 2358-2370.
Wolf T, Kämmer P, Brunke S, Linde J (2018) Two's company: studying interspecies relationships with dual RNA-seq. Curr Opin Microbiol 42, 7-12. (Review)
Hsieh SH, Brunke S, Brock M (2017) Encapsulation of antifungals in micelles protects Candida albicans during gall-bladder infection. Front Microbiol 8, 117.
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