Die meisten Menschen denken beim Stichwort „Schimmel“ eher an die unliebsamen weiß-gräulichen Schichten, die sich im Haushalt hin und wieder auf Brot, Obst, Marmelade und Co. bilden. Ganz anders ist das bei der Mikrobiologin Susanne Zeilinger-Migsich. Die Professorin für Mikrobiologie beschäftigt sich schon seit Beginn ihrer wissenschaftlichen Laufbahn mit Schimmelpilzen und ihren Besonderheiten. „Schimmelpilze sind nicht nur essentiell für ein funktionierendes Ökosystem, sie bringen auch viele Eigenschaften mit sich, die in unserem Alltag sehr hilfreich sein können: Sie dienen etwa als Quelle für die Herstellung von Enzymen, Antibiotika oder anderer Medikamente und können auch im Pflanzenschutz als umweltfreundliches Pestizid wertvolle Dienste leisten“, erklärt Zeilinger-Migsich. Das Potenzial in dieser Hinsicht sei aber noch lange nicht ausgeschöpft, ganz im Gegenteil, ist die Mikrobiologin überzeugt: „Viele Mechanismen, die zum Beispiel auf molekularer Ebene ablaufen, sind bis heute aufgrund ihrer Komplexität noch nicht zur Gänze verstanden. Durch verbesserte technische Möglichkeiten und verstärkte Zusammenarbeit auch mit anderen Disziplinen können wir aber immer weiter in dieses enorme Potenzial, das in Schimmelpilzen steckt, vordringen.“
Pilz frisst Pilz
Besonderes Augenmerk legt Zeilinger-Migsich mit ihrem Team auf die so genannten Trichoderma, eine gut erforschte und weltweit verbreitete Gattung unter den Schimmelpilzen, die in Böden, auf Holz und Pflanzen vorkommt. „Trichoderma sind Mykoparasiten, sie befallen also andere Pilze, töten sie und nutzen die Biomasse ihrer Opfer als Nährstoffquelle“, sagt die Forscherin. Diese Eigenschaft macht sie für den Einsatz als natürliches Pflanzenschutzmittel besonders attraktiv, da sie zwar pflanzenschädigende Pilze befallen und abtöten, dabei die Pflanze selbst aber nicht schädigen. „Trichoderma sind sogar nicht nur unschädlich für die Pflanzen, sie leben häufig auch in Symbiose mit ihnen: Dazu siedeln sie sich zum Beispiel an deren Wurzeln an und stimulieren ihr Immunsystem.“ Pflanzenpathogene Pilze, also solche, die Pflanzen befallen und schädigen, stehen auf der „Speisekarte“ vieler Trichoderma. Das lässt diese Gattung der Schimmelpilze zu einem optimalen Kandidaten für den Einsatz als Bio-Fungizid werden.
Chemische Sprache
Um die Einsatzmöglichkeiten der Trichoderma auf verschiedenen Ebenen optimieren und das zweifellos vorhandene Potenzial auch konkret zur Anwendung bringen zu können, arbeitet Zeilinger-Migsich auf molekularer Ebene. „Unser Ziel ist, die Funktionsweise und das Vorgehen im Zuge eines Befalls zu verstehen. Denn die Auswahl ihrer Opfer treffen die parasitischen Schimmelpilze nicht willkürlich: Manche Pilze werden befallen, andere nicht. Wir stellen uns die Frage: Wie fällen Trichoderma diese Entscheidung?“ Die Grundlage dafür ist eine spezielle Form der Kommunikation, die zwischen den Organismen stattfindet. Vergleichbar mit der Sprache als menschliches Verständigungsmittel, findet auch zwischen diesen winzigen Lebewesen ein Austausch an Informationen statt. Zeilinger-Migsich wählt dafür die Bezeichnung „chemische Sprache“: „Es liegt auf der Hand, dass Trichoderma und andere Schimmelpilze weder Augen, noch Ohren oder Mund haben, um sich auszutauschen. Schimmelpilze haben jedoch ähnliche Rezeptoren in Form von Membran-Proteinen auf ihren Zelloberflächen, über die sie ihre Umwelt wahrnehmen und mit ihr in Interaktion treten können.“ Diese mikrobielle Kommunikation ist seit einigen Jahren ein immer „heißeres Thema“ in der Mikrobiologie, wie die Forscherin erzählt.
Komplexe Kommunikation
Die Kommunikationssignale zwischen den Organismen entstehen auf Basis der Bildung von so genannten Metaboliten, also bestimmter Substanzen, die im Zuge des Stoffwechsels entstehen. „Wir unterscheiden hier Primärmetaboliten und Sekundärmetaboliten. Primärmetaboliten produziert jede Zelle, damit der Organismus wachsen kann. Für uns noch interessanter ist aber die zweite Gruppe: Sekundärmetaboliten werden nur in bestimmten Situationen erzeugt, zum Beispiel als Reaktion auf einen Reiz. So ein Reiz kann etwa das Aufeinandertreffen zweier Pilzarten sein“, erklärt Zeilinger-Migsich. Die Wissenschaftler konnten hier bereits zeigen, dass Sekundärmetaboliten bei jenen Organismen, mit denen die Trichoderma interagieren, gewisse Antworten auslösen, die auch wiederum in der Ausschüttung von Metaboliten resultiert. „So tauschen sich die Organismen untereinander aus, tasten sich sozusagen ab. Wir können das im Labor sehr schön nachstellen, indem wir Trichoderma mit anderen Pilzen gemeinsam wachsen lassen und uns genau ansehen, was in diesem Moment passiert“. Für die Forschung ist dieser Moment der Kontaktaufnahme von sehr großem Interesse: „Wir wissen, dass Sekundärmetaboliten eine Vielzahl von pharmazeutisch wirksamen Stoffen enthalten. Gerade in Zeiten von steigenden Resistenzen ist ein genauer Blick auf diese biologischen Vorgänge immer wichtiger: Hier liegt ein riesiges Repertoire von bisher unbekannten Substanzen vor uns, das wir gerade erst dabei sind zu erschließen“. Mikrobielle Kommunikation ist sehr komplex, besonders dann, wenn die kontrollierten Laborbedingungen verlassen werden: „In der Natur stehen die Mikroorganismen im ständigen Austausch mit einer Vielzahl anderer Lebewesen. Diese Komplexität können wir nur in einem interdisziplinären Ansatz erfassen, daher arbeiten mir intensiv mit Chemikern und Biophysikern zusammen“.
Zur Person
Susanne Zeilinger-Migsich studierte an der Universität Wien Mikrobiologie und Genetik. Nach ihrer Promotion im Jahre 1995 engagierte sie sich erfolgreich in der Etablierung von Arbeitsgruppen auf dem Gebiet des biologischen Pflanzenschutzes an der TU Wien. 2013 folgte die Habilitation. Als Projektleiterin ist sie der TU Wien auch gegenwärtig noch verbunden. Im März 2015 folgte Zeilinger-Migsich dem Ruf an die Universität Innsbruck, wo sie am Institut für Mikrobiologie den Forschungsbereich für Mykologie leitet und stellvertretende Institutsleiterin ist. Die Mikrobiologin forscht aktuell im Rahmen eines vom FWF-geförderten und eines vom Wiener Wissenschaftsfonds geförderten Projekts an der Kommunikation der Trichoderma.
Dieser Artikel ist in der neuen Oktober-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).