Den Pilzen auf den Sporen

Pilzinfektionen begegnen mit ZEISS Mikroskopen

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Jeder Mensch ist von Pilzen besiedelt: Sie können auf der Haut, den Schleimhäuten, den Nägeln, aber auch im Darm vorkommen. Pilze, auch Fungi genannt, sind harmlos und bilden sogar einen Teil der körpereigenen Flora. Wird das Immunsystem allerdings stark geschwächt, können Pilze zu schweren Erkrankungen führen. Und genau diese lebensbedrohlichen sogenannten invasiven Pilzinfektionen untersucht der transregionale Sonderforschungsbereich FungiNet.

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Dr. Axel Brakhage vor einem der ZEISS Mikroskope in seinem Labor.
Mit freundlicher Genehmigung: HKI

„Jährlich erkranken weltweit zwei Millionen Menschen an invasiven Pilzinfektionen, die pro Jahr etwa so viele Todesfälle verursachen wie Malaria oder Tuberkulose“, sagt Prof. Dr. Axel Brakhage, Direktor des Leibniz- Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut, kurz HKI, und Lehrstuhlinhaber für Mikrobiologie und Molekularbiologie an der Universität Jena.

Er geht von einer Vervierfachung der Erkrankungen in den vergangenen 20 Jahren aus. Besonders gefährdet sind Krebspatienten, HIV-Infizierte und Aids-Kranke sowie Menschen nach Transplantation – für mehr als die Hälfte der Patienten endet die Pilzinfektion tödlich. Nach wie vor ist die Diagnose sehr schwierig und die Krankheiten werden oft zu spät oder gar nicht erkannt.

„Pilze wirken mit Mechanismen, über die wir immer noch nicht viel wissen“, sagt Brakhage.

Deshalb arbeiten über 60 Wissenschaftler des HKI, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Universitätsklinikums Jena gemeinsam mit Kollegen der Universität Würzburg und deren Klinikum seit Oktober 2013 interdisziplinär zusammen, um neue Diagnose- und Therapiestrategien zu entwickeln. Brakhage hat sich mit seinem Team auf den Schimmelpilz Aspergillus fumigatus und den Hefepilz Candida albicans spezialisiert.

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Eine Kolonie des Hefepilzes Candida albicans. Mit freundlicher Genehmigung: HKI

„Wir wollen herausfinden, warum diese Pilze so aggressiv sind und sie das Immunsystem überwinden können“, erklärt der Mikrobiologe. Dafür untersuchen sie unter anderem klinische Proben und beobachten mit Mikroskopsystemen von ZEISS, wie körpereigene Immunzellen und die Erreger interagieren. Die Biologen arbeiten dabei mit Mikroskopiemethoden, die lebende Zellen abbilden können, dem sogenannten Live-Cell-Imaging.

„Die Zellen erzählen uns, was sie erlebt haben“, so Brakhage.

Zellen mit Kampfgeist

Da die unterschiedlichen Immunzellen wie Polizisten im Körper Krankheitserreger bekämpfen und die Informationen für zukünftige Angriffe speichern, sind sie für die Wissenschaftler besonders interessant: Einem Forscherteam ist es gelungen, Immunzellen im Blut von Patienten nachzuweisen, die auf eine Pilzinfektion reagierten. Für die Gruppe eine Sensation, die sogar in eine klinische Vorstudie mündete. Außerdem sorgte die Entdeckung des ersten Pilzgifts bei Candida albicans im vergangenen Jahr für Aufsehen: Die Wissenschaftler konnten das Gift nachweisen, was den Hefepilz so gefährlich macht. Wieder ein wichtiger Schritt, um die Krankheitsmechanismen besser zu verstehen.

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Der Schimmelpilz Aspergillus fumigatus unterm Mikroskop. Mit freundlicher Genehmigung: HKI

Aus all den Untersuchungen im Labor und am Mikroskop entstehen gewaltige Datenmengen. Die Bioinformatiker und Systembiologen bei FungiNet können da- raus am Computer zelluläre Prozesse quantifizieren und biochemische Prozesse oder auch Krankheiten simulieren. „Wir wollen ein virtuelles Infektionsmodell generieren, von dem wir uns viele neue Hypothesen und letztendlich auch neue Erkenntnisse erhoffen“, so Brakhage, der in diesem Jahr für seine herausragen- den wissenschaftlichen Leistungen in die renommierte internationale Wissenschaftsorganisation American Academy of Microbiology aufgenommen wurde. Zudem stellte die Deutsche Forschungsgemeinschaft FungiNet im Mai 2017 für die zweite Förderphase 9,5 Millionen Euro bis 2021 zur Verfügung. Für Brakhage ist dies auch ein Zeichen für die erfolgreiche Arbeit, die die Forscher im Kampf gegen Pilzinfektionen bereits geleistet haben.

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Das Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (HKI) – wurde 1992 in Jena gegründet und gehört seit 2003 zur Leibniz-Gemeinschaft. Das HKI ist das vom Robert-Koch-Institut und dem Bundesministerium für Gesundheit berufene Nationale Referenzzentrum für Invasive Pilzinfektionen (NRZMyk). Es berät Ärzte aus ganz Deutschland zu allen Aspekten invasiver Pilzinfektionen und führt spezielle diagnostische Verfahren zum Nachweis von Pilzerkrankungen durch. Es kooperiert dabei mit anderen Referenzlabors weltweit.

Tags: Konfokalmikroskopie, Lichtmikroskopie

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