Forschung

Selbstresistenz in Trichothecene-produzierenden Pilzen Mykotoxine der Klasse der Trichothecene inhibierend die eukaryotische Proteinbiosynthese und sind daher toxisch für Mensch und Tier, für Pflanzen aber auch für Pilze. Einige Arten wie Trichothecium roseum (Erreger der Trauben-Trockenfäule) oder Trichoderma Arten (T. brevicompactum) produzieren große Mengen der stark fungitoxischen Substanzen Trichothecin und Trichodermin. Ziel des Projekte ist es Mechanismen aufzuklären, die es den toxin-produzierenden Pilzen ermögliche resistent gegen ihr eigenes Toxin zu sein. Mehrere Hypothese sollen getestet werden. Eine ist, dass diese Pilze insensitive Ribosomen aufweisen, da sie Aminosäureänderungen im Angriffsort, dem Ribosomalen Protein RPL3 aufweisen, so wie für resistente Mutanten der Bäckerhefe beschrieben. Das soll durch Ersatz des (essentiellen) Hefegens durch die Orthologen aus Pilzen getestet werden. Eine alternative Hypothese ist dass adaptiv bestimmte ribosomale Komponenten (ribosomale RNA oder Proteine) in einer S-Adenosylmethionin-abhängigen weise modifiziert werden. Zwei Kandidatengene für Methyltransferasen sollen getestet werden. Eine weiter Hypothese ist, dass die resistenten Pilze in der Lage sind, das wieder zurück in die Zelle eindringend Toxin chemisch zu entgiften. Eine GST aus Fusarium graminearum, die den Epoxid von Trichothecenen öffnen kann und transformierte Bäckerhefe gegen Trichothecin und Trichodermin schützt, soll characterisiert werden.

Forschungskontext: Lytische Polysaccharid-Monooxygenasen (LPMOs) sind leistungsstarke Enzyme, die glykosidische Bindungen in Polysacchariden oxidativ spalten und so die Aktivität bekannter hydrolytischer Depolymerisationsenzyme steigern. An diesem Prozess sind molekularer Sauerstoff/Wasserstoffperoxid und ein Elektronendonor beteiligt, beispielsweise Enzyme der GMC-Oxidoreduktase-Familie (z. B. Cellobiose-Dehydrogenase), kleinmolekulare Reduktionsmittel oder photoaktive Pigmente. Clonostachys rosea (Hypocreales, Ascomycota) ist ein filamentöser Pilz, der lebende Pflanzen als Endophyt besiedelt und andere Pilze parasitiert und tötet (nekrotropher Mykoparasit). Bei der Sequenzierung der C. rosea-Genome wurde festgestellt, dass die Genfamilie, die LPMOs (AA9) kodiert, sowie die GMC-Oxidoreduktase-Familie (AA3) deutlich erweitert sind. Im Gegensatz dazu weisen die Genome der saprotrophen und mykoparasitären Trichoderma-Arten (ökologisch sehr ähnlich zu C. rosea) eine deutlich geringere Anzahl von AA9- und AA3-Genen auf. Forschungsziele: Wir wollen die katalytischen Aktivitäten und Substratspezifitäten der neuartigen LPMOs von C. rosea aufklären, neue Struktur-Funktions-Aspekte in Kombination mit biochemischen Charakterisierungen identifizieren und ihre Synergien mit anderen nativen Enzymen von C. rosea, wie z. B. GMC-Oxidoreduktasen, untersuchen.

Die Mittel der dritten BiMM-Förderperiode sollen für den Abschluss der laufenden Arbeiten auf dem Gebiet der neuen bioaktiven Substanzen sowie für die Etablierung eines Insekten-Screening-Verfahrens und für „explorative Forschung“ verwendet werden, die dann als Grundlage für weitere Forschungsanträge bei anderen Fonds dienen sollen. Der Forschungsplan enthält einen „offenen Teil“ für die Themen ‚Insektenscreening‘ und „explorative Arbeiten“ sowie eine Reihe von Arbeitspaketen zur detaillierteren Charakterisierung der 5 Kandidaten für neue bioaktive Substanzen. Einer von ihnen ist BiMM20 (Bimmycin), das aus einer neuen Pilzart stammt, die in einem BiMM-Projekt isoliert wurde und bereits gut charakterisiert ist. Es hat eine fungizide Wirkung. Eines der vier anderen Moleküle hat eine antibakterielle Wirkung gegen Gram+ Organismen; hier wird weiter an der Wirkungsweise geforscht. Ein weiteres Molekül kann die Resistenz von Bakterien gegen Chloramphenicol brechen und so die Empfindlichkeit gegenüber diesem wichtigen Antibiotikum wiederherstellen. Ein weiteres Molekül aus einer neuen, bisher unbeschriebenen Pilzart aus der BiMM-eigenen Sammlung hat eine starke phytotoxische Wirkung. Die Identität dieses Moleküls und seine Eigenschaften werden ebenfalls in diesem BiMM-III-Projekt ermittelt. Das letzte der fünf neuen Moleküle wurde bereits in Zusammenarbeit mit der FH IMC Krems getestet und als entzündungshemmend eingestuft. Zur Finanzierung der weiteren Charakterisierung in Richtung medizinischer Anwendung werden auch Mittel aus dem BiMM-III-Projekt benötigt. Neben den spezifischen Studien zu den neuen Metaboliten und ihren Aktivitäten sollen die Mittel auch für explorative Forschung verwendet werden, die neue Screening-Systeme innerhalb von BiMM etablieren soll. Dazu gehört zum Beispiel die Möglichkeit, Extrakte und Moleküle mit höherem Durchsatz auf ihre insektizide Wirkung zu testen.