Pilze beeinflussen das Verhalten von Insekten und die Gesundheit ihres Gehirns

Pilze können überraschende Auswirkungen auf das Verhalten und die Gesundheit von Insekten haben. Ein besonderer Pilz, Beauveria bassiana, ist dafür bekannt, viele Insektenarten zu infizieren, ihr Verhalten zu manipulieren und ihre Lebensdauer sowie andere Gesundheitsprobleme zu verkürzen. Das wirft Bedenken auf, wie ähnliche Mechanismen die menschliche Gesundheit beeinflussen könnten, besonders in Bezug auf neurodegenerative Krankheiten.

#Der Einfluss von Pilzen auf Insekten

Bestimmte Pilze, wie Ophiocordyceps unilateralis und Entomopthora muscae, kontrollieren das Verhalten ihrer Insektenwirte. Sie können zu drastischen Veränderungen führen, einschliesslich dem Tod. Studien haben gezeigt, dass selbst der Geruch dieser Pilze die Lebensdauer von Fruchtfliegen verringern und ihre Nervensysteme beeinflussen kann. Die Exposition gegenüber Pilz-Chemikalien kann Probleme wie verminderte Bewegung und Veränderungen der Gehirnfunktion verursachen.

Diese Erkenntnisse beschränken sich nicht nur auf Insekten. Es wurde festgestellt, dass Pilzsporen und deren Nebenprodukte in feuchten Innenräumen vorkommen. Pilze werden oft im Gehirn von Patienten mit neurodegenerativen Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer gefunden. Das deutet auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Pilzinfektionen und Gehirngesundheitsproblemen hin, obwohl die genauen Mechanismen hinter dieser Verbindung unklar bleiben.

#Angeborene Immunität bei Drosophila

Bei Fruchtfliegen (Drosophila) schützt eine Art angeborene Immunität vor Pilzinfektionen. Dieser Abwehrmechanismus beinhaltet den Toll-Signalweg, der entscheidend für die Erkennung und Reaktion auf diese Eindringlinge ist. Die Toll-Rezeptoren, insbesondere Toll-1, spielen eine zentrale Rolle in dieser Immunantwort.

Toll-Rezeptoren sind sowohl bei Insekten als auch bei Säugetieren zu finden und erfüllen ähnliche Funktionen in der Immunität. Bei Fruchtfliegen erfolgt die Erkennung von Pilzen auf eine andere Weise als bei Säugetieren. Statt direkt an die Krankheitserreger zu binden, nutzen Fruchtfliegen ein Protein namens GNBP3. Diese Erkennung initiiert eine Reihe von Prozessen, die die Immunantwort aktivieren.

Wenn der Toll-Signalweg aktiviert wird, führt das zur Produktion von antimikrobiellen Peptiden, die helfen, die Fliegen vor Pilzinfektionen zu schützen. Während diese Immunantwort vorteilhaft ist, scheint sie auch Konsequenzen für die Gesundheit des Gehirns der Fliegen zu haben.

#Der Toll-Weg und die Gehirngesundheit

Forschungen haben gezeigt, dass mehrere Toll-Rezeptoren im Gehirn der erwachsenen Fliegen aktiv sind. Diese Rezeptoren sind nicht nur an Immunantworten beteiligt, sondern spielen auch eine Rolle bei der Entwicklung und dem Erhalt der Gehirnfunktionen. Zum Beispiel sind sie an Prozessen beteiligt, die die Verbindungen zwischen Neuronen und die gesamte Struktur des Gehirns beeinflussen.

Toll-1 kann in bestimmten Situationen zum Zellsterben führen. Das Signal von diesen Rezeptoren kann zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, wie zum Beispiel die Förderung des Zellüberlebens oder das Herbeiführen des Zelltods, je nach Kontext. Das ist wichtig, weil Veränderungen im Zellüberleben die allgemeine Gesundheit des Gehirns beeinflussen können.

#Die Studie zu Beauveria bassiana

In unserer Forschung wollten wir herausfinden, ob die Exposition gegenüber Beauveria bassiana das Gehirn der Fruchtfliegen schädigen kann und ob dies mit dem Toll-Signalweg in Verbindung gebracht werden kann. Wir wissen, dass dieser Pilz Infektionen bei vielen Arthropoden verursachen kann und die Toll-Immunantwort bei Drosophila stimuliert.

Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Exposition gegenüber B. bassiana nicht nur die Lebensdauer der Fliegen verkürzte, sondern auch ihre Bewegung beeinträchtigte. Das war ein klares Zeichen für Neurodegeneration. Wir haben spezielle Kammern eingerichtet, um die natürliche Exposition gegenüber dem Pilz nachzuahmen, damit wir seine Auswirkungen auf die Fruchtfliegen über die Zeit beobachten konnten.

#Auswirkungen auf Lebensdauer und Bewegung

In kontrollierten Experimenten lebten Fruchtfliegen, die B. bassiana ausgesetzt waren, deutlich kürzer als die nicht infizierten Kontrollfliegen. Nach nur einer Woche Exposition waren viele der infizierten Fliegen gestorben. Ausserdem führten wir Klettertests durch, um die Bewegung der Fliegen zu bewerten. Obwohl ihre Kletterfähigkeit anfangs nicht beeinträchtigt war, beobachteten wir nach einer Woche der Exposition gegenüber dem Pilz signifikante Beeinträchtigungen.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass B. bassiana nicht nur die allgemeine Gesundheit der Fliegen beeinflusst, sondern auch spezifische Auswirkungen auf ihre motorischen Funktionen hat, was auf neurodegenerative Veränderungen hinweist.

#Pilzpräsenz im Fliegenhirn

Als Nächstes wollten wir herausfinden, ob B. bassiana in das Gehirn der Fruchtfliegen eindringen kann. Mit speziellen Farbstoffen konnten wir die Präsenz des Pilzes im Gehirn sichtbar machen. Wir fanden heraus, dass B. bassiana-Sporen tatsächlich in den optischen Lappen und zentralen Hirnregionen der infizierten Fliegen vorhanden waren. Das deutet darauf hin, dass der Pilz ins Gehirn eindringen und möglicherweise dessen normale Funktion stören kann.

Um weiter zu untersuchen, testeten wir die Integrität der Blut-Hirn-Schranke, die normalerweise das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt. Bei infizierten Fliegen war diese Schranke beeinträchtigt, was dazu führte, dass Farbstoffe ins Gehirngewebe eindringen konnten und die Idee bestätigte, dass B. bassiana die Schranke schädigt.

#Aktivierung der Immunantwort

Unser nächster Fokus lag darauf zu untersuchen, ob B. bassiana-Infektionen den Toll-Signalweg im Gehirn aktivieren. Wir fanden heraus, dass der Pilz die Produktion antimikrobieller Peptide auslöst, was darauf hinweist, dass die Immunantwort tatsächlich aktiviert wurde. Besonders bemerkten wir auch eine erhöhte Expression bestimmter Proteine, die mit der Immunantwort assoziiert sind, wie Wek und Sarm, Signalwege, die zum Zelltod führen können.

#Auswirkungen auf Neuronen und Glia

Der nächste Schritt war, die Auswirkungen von B. bassiana auf spezifische Gehirnzellen, einschliesslich Neuronen und Gliazellen, zu untersuchen. Wir beobachteten einen signifikanten Verlust bestimmter Arten von Neuronen und unterstützenden Gliazellen nach der Exposition gegenüber dem Pilz. Dieser Verlust war mit reduzierten Werten von entscheidenden Proteinen verbunden, die an der Dopaminproduktion beteiligt sind, die für motorische Funktionen bei Fliegen essentiell ist.

Der Rückgang der dopaminergen Neuronen steht im Einklang mit den beobachteten Bewegungseinschränkungen und verstärkt die Verbindung zwischen Pilzinfektionen und Neurodegeneration.

#Toll-1-Abhängigkeit des Zellverlusts

Um weitere Einblicke zu gewinnen, führten wir Experimente durch, um festzustellen, ob der Verlust von Zellen von dem Toll-1-Rezeptor abhängig war. Wir verwendeten spezifische genetische Techniken, um die Expression von Toll-1 in erwachsenen Fliegen zu reduzieren. Unsere Ergebnisse zeigten, dass bei einer Herabregulierung von Toll-1 der Verlust von Immunzellen und neuronalen Zellen, der durch die B. bassiana-Infektion verursacht wurde, signifikant verringert war. Das deutet darauf hin, dass die Signalübertragung über Toll-1 entscheidend für die neurodegenerativen Effekte ist, die nach der Pilzexposition beobachtet wurden.

#Rolle von Wek und Sarm

Ein wichtiger Aspekt unserer Studie war die Bewertung der Rollen von Wek und Sarm, zwei Proteinen, die mit dem Toll-1-Signalweg interagieren. Wir fanden heraus, dass das Herunterregulieren entweder von Wek oder Sarm im Fliegenhirn den Verlust von durch die Infektion induzierten Zellen rettete. Das hob die kritische Rolle hervor, die diese Proteine im neurodegenerativen Prozess im Zusammenhang mit B. bassiana spielen.

Wek kann sowohl an Toll-1 als auch an Sarm binden, was zu komplexen Signalwegen führt, die entweder das Überleben fördern oder zum Zelltod führen. Durch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen diesen Proteinen konnten wir sehen, wie die Infektion die neuronale Gesundheit beeinflusst.

#Überexpressions-Experimente

Schliesslich untersuchten wir, ob eine Erhöhung der Levels von Wek oder Sarm auch in Abwesenheit einer Pilzinfektion Zellverlust hervorrufen könnte. Unsere Ergebnisse zeigten, dass eine Überexpression von entweder Wek oder Sarm zu einem signifikanten Verlust bestimmter Arten von Neuronen führte. Das deutet darauf hin, dass erhöhte Levels dieser Proteine schädlich für die neuronale Gesundheit sein können, was zu Neurodegeneration führt.

#Fazit

Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass der Pilz B. bassiana Neurodegeneration bei Fruchtfliegen durch Eingriffe im Toll-1-Signalweg induziert. Der Pilz dringt in das Fliegenhirn ein, beeinträchtigt die Blut-Hirn-Schranke und führt durch die Aktivierung von Wek und Sarm zum Zelltod. Diese komplexe Interaktion hebt einen neuartigen Mechanismus hervor, durch den Pilze die Gehirngesundheit beeinflussen könnten, und wirft Fragen über ähnliche Prozesse bei Menschen auf, insbesondere im Kontext neurodegenerativer Krankheiten.

Die Auswirkungen unserer Ergebnisse könnten dazu beitragen, das Verständnis der Rolle von Pilzinfektionen in der menschlichen Gesundheit zu erweitern, insbesondere in Bezug auf Entzündungen und Neurodegeneration. Laufende Forschung könnte die breiteren Auswirkungen von Pilzexposition auf die Gehirnfunktion und Gesundheit aufdecken und Einblicke in mögliche therapeutische Strategien zur Bekämpfung verwandter Krankheiten bieten.