Weshalb der Hallimasch im Dunkeln leuchtet

Wissenschaftler suchen nach der Struktur des Moleküls Luciferin, das Pilze zum Leuchten bringt. Ihre Erkenntnisse könnten helfen, tödliche Pilzerkrankungen zu bekämpfen.

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Sie sind wohl die extravagantesten Sonderlinge unserer Wälder: die Leuchtpilze. Vom Eierschwamm oder vom Bovist unterscheiden sie sich dadurch, dass sie sowohl während des Tages als auch in der Nacht ein grünliches Licht von sich geben. Dieses Kunststück gelingt ihnen, weil ihre Zellen einen Stoff namens Luciferin enthalten. Seine chemische Struktur versuchen Wissenschaftler schon seit Jahren zu entschlüsseln. Wenn es ihnen gelingt, bricht ein neues Zeitalter in der Erforschung tödlicher Pilzerkrankungen an.

Von Natur aus leuchten weltweit nur ein paar Dutzend von insgesamt etwa 100'000 Pilzarten. Ein Schweizer Vertreter ist der Hallimasch. Das Licht entsteht durch eine chemische Reaktion in den Zellen, dabei reagiert Luciferin mit Sauerstoff und gibt ein Lichtteilchen ab, ein sogenanntes Photon.

Licht zerstört Leuchtmolekül

Cassius Stevani von der Universität São Paulo in Brasilien versucht schon seit sechs Jahren, den chemischen Aufbau dieses Moleküls zu ergründen. «Das Problem ist, dass es nur in sehr geringen Mengen im Pilz vorkommt», sagt er. Zudem ist es bei Raumtemperatur instabil, und in Kontakt mit Licht zerfällt es sofort. «Trotz dieser Probleme ist meine Forschergruppe sehr nahe dran an der Lösung», sagt er.

Stevani hat grosse Mengen einer brasilianischen Leuchtpilzart gesammelt und daraus das Luciferin isoliert. Es lagert nun unter einer Schutzatmosphäre aus Argon und bei kompletter Dunkelheit in seinem Labor. Nur so ist es für längere Zeit haltbar.

Luciferin hat ein enormes Potenzial für die medizinische Forschung. Denn mit ihm könnte man auch anderen Pilzarten Licht einhauchen. An diesem ehrgeizigen Projekt arbeitet Christophe d’Enfert vom Institut Pasteur in Paris. Er möchte krankheitserregende Pilze zum Leuchten bringen, weil er so den Verlauf einer Infektion in Echtzeit am Bildschirm mitverfolgen kann.

Das ist ihm bereits bei lokalen Infektionen gelungen, also solchen, die im Körper des Menschen örtlich begrenzt waren und sich nicht zum Beispiel über die Blutbahn verteilen. Dazu hat er ein Leuchtgen in das Erbgut des schädlichen Hefepilzes Candida albicans eingepflanzt. Mit diesen «Mutanten» infizierte er die Genitalien von Mäuseweibchen und simulierte so eine auch bei Menschen weit verbreitete vaginale Pilzinfektion.

Erreger entlarven

Wie sich Pilzkrankheiten im Körper ausbreiten, können die Forscher normalerweise nicht sehen. Sie tappen im Dunkeln hinter den Erregern her und müssen auf ungenaue Momentaufnahmen wie etwa Abstriche zurückgreifen. Doch dank des genetisch veränderten Hefepilzes erstrahlt die Dunkelheit nun in hellem Licht.

Mit einer hochsensiblen digitalen Fotokamera kann d’Enfert die Lichtemissionen des Pilzes durch den Körper der Maus hindurch fotografieren. Auch wenn es das menschliche Auge nicht sieht, so verrät die Aktivität des Leuchtgens der Digitalkamera präzise die aktuelle Ausbreitung des Erregers. Auf diese Weise sieht er auch sofort, wie sich neue Antibiotika auf die Infektion auswirken. Der Pilz hat keine Chance mehr, sich vor den Forschern zu verstecken.

Die Technik hat nur einen Haken. Das Leuchtgen, das d’Enfert in den Hefepilz verpflanzte, stellt in den Zellen nicht Luciferin, sondern Luciferase her. Das ist sprachlich nur ein kleiner Unterschied, chemisch aber ein sehr grosser. Denn Luciferase ist nur ein Enzym, das die Reaktion zwischen Sauerstoff und dem eigentlichen Leuchtmolekül Luciferin ermöglicht. Es ist also bloss der Auslöser für die Reaktion. Das Leuchtmolekül Luciferin selbst muss d’Enfert separat in die Maus spritzen. Überall dort, wo der Pilz sich aufhält und die Luciferase produziert, beginnt das Luciferin in der Maus zu leuchten.

Dieser Kunstgriff funktioniert bei lokalen Infektionen gut. Aber bei den in Spitälern gefürchteten grossflächigen Pilzerkrankungen versagt er aus noch ungeklärten Gründen. Das ist ärgerlich, denn gerade sie sind besonders gefährlich. In Spitälern können Hefepilze in einen Körper gelangen, dessen Immunsystem von Antibiotika oder einer längeren Operation bereits geschwächt ist. Dort haben die Pilze ein leichtes Spiel. An solchen Erkrankungen sterben allein in den Industrieländern jährlich etwa 200 000 Menschen. Nur jeder Zweite überlebt eine Infektion.

Um auch solche Krankheitsverläufe im Mausmodell simulieren zu können, muss Stevani in seinem Labor in Brasilien die Struktur des Luciferins entschlüsseln. «Wenn wir erst einmal die Struktur haben, können wir herausfinden, welche Gene für seine Produktion verantwortlich sind», sagt d’Enfert. Werden diese dann in die Hefepilze eingepflanzt, leuchten sie fortan ganz aus eigener Kraft. So kann jede beliebige Infektionsart auf dem Bildschirm sichtbar gemacht werden.

Schon alte Gelehrte rätselten

Wenn das gelingt, ist es der Höhepunkt nach zweitausend Jahren Grundlagenforschung. So lange befassen sich die Gelehrten und Wissenschaftler bereits mit dem Phänomen der Leuchtpilze, wie der Mikrobiologen Helmut Brandl von der Universität Zürich kürzlich in einer Studie berichtete.

Unter der Forscherprominenz befinden sich Aristoteles, der römische Gelehrte Plinius der Ältere und Alexander von Humboldt. Heute sind weltweit 71 Arten bekannt. Allein in Europa sind 23 beheimatet, in Japan 29 und der Rest ist etwa gleichmässig über die Erde verteilt von Amerika über die pazifischen Inseln über Asien bis nach Afrika.

Wozu ein Pilz in der Natur überhaupt Licht benötigt, ist den Biologen nach wie vor ein Rätsel. Sicher ist nur, dass ihre besondere Fähigkeit eines Tages Leben retten wird. (DerBund.ch/Newsnet)

Erstellt: 07.08.2011, 08:55 Uhr

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