Pilz vereint Disziplinen

Alles begann mit einem Zufall: 2004 fand der ehemalige Biologiestudent Johannes Pallua gemeinsam mit seiner Familie beim Schwammerlsuchen einen bizarr geformten Pilz, der sein Interesse weckte. Nach Rücksprache mit Univ.-Prof. Dr. Reinhold Pöder vom Institut für Mikrobiologie der Uni Innsbruck, entschied er sich dafür, diesen näher zu untersuchen. „Da der Pilz Hericium coralloides äußerst selten ist, suchten wir nach einer nicht-invasiven Untersuchungsmethode“, so Johannes Pallua. Über Umwege gelang es ihm, gemeinsam mit seinem Vater Prim. Dr. Anton K. Pallua und PD Dr. Wolfgang Recheis vom Team Experimentelle Radiologie der Medizinischen Universität, den Pilz mittels Kernspin-Tomografie zu untersuchen. Dieses Verfahren brachte wichtige neue Informationen über Oberfläche und Volumen des Pilzfruchtkörpers, die erstmals Berechnungen der Sporenproduktion coralloid verzweigter Pilzfruchtkörper sowie Einblicke in deren evolutionäre „Entwicklungsstrategie“ erlaubten. Weiters wurden rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen von Prof. Kristian Pfaller, Sektion für Histologie und Embryologie, durchgeführt, die stark vergrößerte und tiefenscharfe Bilder der Pilzoberfläche lieferten, welche für die Sporenberechnung äußert wichtig waren.

Integrative Vermessung

Aufbauend auf diese ersten Ergebnisse folgten weitere bildgebende Methoden: Pallua nutze im Rahmen seiner Tätigkeit am Institut für Analytische Chemie und Radiochemie sowohl MALDI, ein laserbasiertes, massenspektrometrisches Verfahren, als auch Fourier Transform Infrared [FTIR] spectroscopic imaging, eine auf Infrarotspektroskopie beruhende bildgebende Methode, um die Verteilung von Substanzklassen (z. B. DNA, Proteine, Kohlehydrate, Lipide) innerhalb der Gewebetypen des Pilzes zu charakterisieren. Diese Ergebnisse wurden im renommierten Fachjournal „Analyst“ im Jahr 2012 publiziert.

Unter der Hauptbetreuung von Univ.-Prof. Dr. Reinhold Pöder entstanden auch zwei weitere Arbeiten in Kooperation mit Prof. Roland Stalder vom Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Innsbruck und Dr. Volker Kuhn Universitätsklinik für Unfallchirurgie Innsbruck. „Gemeinsam mit Roland Stalder haben wir am dort angesiedelten Infrarotmikroskop Oberflächenmessungen am Fruchtkörper durchgeführt, um die Verteilung von Substanzklassen zu untersuchen. Denselben Fruchtkörper haben wir anschließend integrativ mithilfe der Mikro Computer-Tomografie vermessen. Dieses Verfahren ermöglichte es uns die Oberflächenberechnungen weiter zu präzisieren. Durch den Einsatz eines Kontrastmittels ist es erstmals gelungen eine 3D-Rekonstruktion der zellulären Strukturen zu erstellen“, erklärt Johannes Pallua.

In einer weiteren Kooperation, diesmal mit Dr. Seraphin Unterberger vom AB Materialtechnologie der Uni Innsbruck, konnte Johannes Pallua die Oberflächenstruktur (Anordnung der fertilen Zellen) des Pilzes mittels konfokaler Mikroskopie noch genauer untersuchen. „Die Ergebnisse ermöglichen einen fundierten Vergleich der Reproduktionseffektivität unterschiedlicher Fruchtkörperarchitekturen (z.B. jene von Blätterpilzen und Röhrlingen)“, erläutert der Biologe, der seine Erfahrungen mit den verschiedensten bildgebenden Verfahren heute am Institut für Gerichtsmedizin der Medizinischen Universität Innsbruck einbringt.

Wirkstoff-Potenzial

Auch in Zukunft plant Pallua weitere fachübergreifende Projekte: Da Hericium coralloides ein enges Verwandtschaftsverhältnis zu einem bekannten medizinischen Heilpilz aufweist, liegt nahe, dass auch jener ähnliche Substanzen produziert, die als antimikrobielle, antivirale, immunmodulatorische oder tumorhemmende Wirkstoffe zum Einsatz kommen könnten. „Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren konnten wir herausfinden, wo im Gewebe bestimmte Biomoleküle erzeugt werden. Wir wissen dadurch mehr über örtliche als auch zeitliche Verteilung potenzieller Wirkstoffe und können sichtbar machen, in welchem Entwicklungsstadium der Pilz welche Substanzklassen produziert. Zum Beispiel konnten wir mit FTIR spectroscopic imaging bereits zeigen, dass bestimmte Biomoleküle vermehrt in sporenbildenden Geweben produziert werden. In diesem Bereich läge daher eine Kooperation mit dem Institut für Pharmazie nahe“, so Pallua, der seine interdisziplinäre Arbeit gerne fortführen würde.

Die entsprechenden experimentellen Erfahrungen sollten auch die Basis für zukünftige Untersuchungen, z.B. für medizinisch-mykologische Fragestellungen im Zusammenhang mit Mykosen, bilden.

Forensische Forschung profitiert

Der Aufwand, den er und seine Kollegen investiert haben, diente jedoch nicht allein der Charakterisierung von Hericium coralloides, sondern führte zur Etablierung einer sogenannten Novel Extended Characterisation Plattform. „Das Neuartige ist die Zusammenschau dieser etablierten Methoden, die sich zur Analyse von allen möglichen Gewebetypen oder auch forensische Spuren eignet“, streicht Johannes Pallua hervor. Zukunftweisend sind die Erforschung der Bestimmung des postmortalen Intervalls menschlicher Überreste, welches eine der herausforderndsten Fragestellungen in der forensischen Anthropologie und Gerichtsmedizin darstellt, und die Verteilung von DNA und Drogen in menschlichen Geweben.