Sie bringen viele Superkräfte untern einen Hut

Mit dem Schwarzen Giesskannenschimmel (Aspergillus Niger) lassen sich Farben und Aromen produzieren. Hier ein eingefärbtes Bild seines Fruchtkörpers unter dem Rasterelektronenmikroskop. | Foto: Jannicke Wiik-Nielsen / Vetnist / Keystone / Science Photo Library

Feinster Vanillegeschmack

Pilze existieren seit 800 bis 1000 Millionen Jahren und hatten reichlich Zeit, sich an nahezu alle Umweltbedingungen anzupassen. So gibt es auf der Erde kaum einen unbesiedelten Ort: von den Tiefen der Ozeane über die Stratosphäre bis zum menschlichen Darm. Um mit der Vielfalt an Umgebungen zurechtzukommen, produzieren Pilze eine breite Palette chemischer Verbindungen.

Darum werden sie häufig in Lebensmitteln eingesetzt. «Mit Pilzen lässt sich die gesamte Farbpalette erzeugen», erklärt Katia Gindro von Agroscope. Auch bei den Aromen haben Pilze viel zu bieten: Sie produzieren auf natürliche Weise etwa Vanillin oder Moleküle mit Kokos- oder Moschusnoten. «Viele Zitronenkuchen, die in Supermärkten verkauft werden, verdanken ihren Geschmack Pilzen», weiss Gindro. Und günstige Vanille stammt – obwohl sie auch das Molekül Vanillin enthält – nicht aus der Orchidee Vanilla planifolia, sondern aus einem biotechnologischen Verfahren, an dem der Schimmelpilz Aspergillus niger und ein holzabbauender Pilz beteiligt sind. «Eine bemerkenswerte Fähigkeit, deren Funktion in der Natur noch weitgehend unverstanden ist.»

In den Blätter der Murumurupalme (Astrocaryum murumuru) leben viele Pilze, die vermutlich das Leben der Pflanze verlängern. | Foto: Marie Aucourd

Kost und Logis gegen Schutz

Zahlreiche Pilzarten sind Endophyten. Das heisst, sie leben im Inneren von Pflanzengewebe. Sie gehen mit ihren Wirten eine symbiotische Beziehung ein: Diese liefern Zucker und Wasser, der Pilz produziert im Gegenzug toxische Metaboliten, welche die Pflanze vor Krankheitserregern schützen. Etwa bei einer Palme aus Französisch-Guayana, deren Gewebe von rund 15 Pilzarten besiedelt ist.

Pharmawissenschaftlerin Léonie Pellissier von Agroscope stellte sich die Frage, ob diese Pilze für die bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit und die lange Lebensdauer der Palme verantwortlich sein könnten. «Wir wollen herausfinden, ob sie antibakterielle oder krebshemmende Eigenschaften besitzen.» Denn Pilze sind häufig Quelle bioaktiver Moleküle, die auch in der Humanmedizin genutzt werden können. Dazu gehören etwa Penicillin, das den Beginn des Antibiotika-Zeitalters markierte, oder Ciclosporin, ein für Organtransplantationen unverzichtbares Immunsuppressivum. Zwar wird die genaue Funktion solcher Metaboliten bislang nur unzureichend verstanden, sie dürften aber zum Überleben und Wachstum der Pilze beitragen.

Aus Pilzgeflechten werden Verpackungsmaterialien. | Foto: Mycrobez

Baumeister für Hightech

Viele Pilze erschliessen ihre Umgebung beim Wachsen mit einem Netz verzweigter Fäden, dem Myzel. Dieses dichte Geflecht verbindet sich mit der Umgebung auf zweierlei Weise: Einerseits umwachsen die Pilzfäden Teilchen, andererseits haften sie sich an deren Oberfläche wie ein natürlicher Klebstoff.

Diese Fähigkeit macht sich das Labor für nachhaltige Materialien der EPFL unter der Leitung von Tiffany Abitbol zunutze. Es arbeitet mit holzabbauenden Pilzarten. «Wenn wir das Myzel mit den nötigen Nährstoffen versorgen und im Dunkeln wachsen lassen, breitet es sich aus, und wir können seine Entwicklung gezielt steuern.» Mithilfe von Formen lassen sich die Fäden in nahezu jede gewünschte Gestalt bringen. Gleichzeitig können sie durch die physikalische Verflechtung mit ausgewählten Teilchen verbunden werden. «So können wir Verbundwerkstoffe herstellen, wobei wir Teilchen einbringen, die dem Myzel neue Eigenschaften verleihen – etwa eine höhere Festigkeit oder elektrische Leitfähigkeit.» So sind bereits zahlreiche pilzbasierte Materialien entstanden, darunter Schalldämmstoffe, Textilien und Verpackungen als Alternative zu üblichem Kunststoff.

Der Mutterkornpilz hat eine Roggenähre befallen. | Foto: iStock

Halluzinogene gegen Angst

Wenn der Mutterkornpilz Getreidearten wie Roggen befällt, bildet sich anstelle eines Korns ein schwarzviolettes Sklerotium, das zu Boden fällt und im Frühling Fruchtkörper bildet. Diese produzieren Lysergsäure, aus der LSD – ein halluzinogenes Psychedelikum – hergestellt wird. Gemäss Jean-Luc Wolfender, Professor für pharmazeutische Wissenschaften der Universität Genf, ist die ökologische Funktion noch weitgehend ungeklärt. Es gebe jedoch verschiedene Hypothesen: «Die am besten belegte besagt, dass die toxische Verbindung den Pilz vor Mäusen schützt. Den kleinen Nagern bekommt Mutterkorn jedenfalls nicht gut.»

Beim Menschen führt die kontrollierte Verabreichung von LSD dagegen zu einem veränderten Bewusstseinszustand. Neben Erweiterung der Wahrnehmung kann es zu einer Art Auflösung des Ich-Bewusstseins kommen – ein Phänomen, das in der Psychiatrie für bestimmte Therapien genutzt wird. Auch die Dämpfung der Aktivität der Amygdala, einer Hirnregion, die an der Verarbeitung von Angst beteiligt ist, gilt als vielversprechend. Etwa als Ansatz für die Behandlung bestimmter Angststörungen und schwerer Depressionen.

Bei der Bäckerhefe knospen die Tochterzellen ab. In der Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop sind die Narben früherer Zellteilungen sichtbar. | Foto: IKELOS GmbH / Dr. Christopher B. Jackson / Keystone / Science Photo Library

Gute Versuchskaninchen

«Stammesgeschichtlich gesehen stehen Pilze den Tieren näher als den Pflanzen», weiss Markus Künzler, der an der ETH Zürich Myzelien erforscht. Diese genetische Verwandtschaft erklärt, weshalb Pilze über komplexe Mechanismen der Genregulation verfügen, die denjenigen der Menschen ähneln. Im Unterschied zu Wirbeltieren besitzen sie jedoch weder ein Gefäss- noch ein Nervensystem. Gerade weil sie einfach aufgebaute Organismen mit überraschend komplexen biologischen Mechanismen sind, haben sie sich zu wertvollen Modellorganismen für die Erforschung des Lebens entwickelt.

So wird etwa die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae – ein einzelliger Pilz, der sich einfach und kostengünstig kultivieren lässt – häufig eingesetzt. «Sie ist ein sehr beliebter Modellorganismus in der Zellbiologie», sagt Künzler. «Ein grosser Teil des Wissens in Biologie wurde zunächst mit Hefe gewonnen, erst danach wur- de mit Säugetierzellen weitergeforscht.» Die Bäckerhefe trug unter anderem zur Entdeckung der Mechanismen bei, die den Zellzyklus steuern. Diese Arbeiten wurden 2001 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet und bilden bis heute eine wichtige Grundlage für das Verständnis menschlicher Krebserkrankungen.

Der Faltentintling kann sich mit giftigen Proteinen gegen den Befall von Fadenwürmern wehren. | Foto: Muraguchi H. et al. (2011). Mit freundlicher Genehmigung der Autoren.

Kluger Pflanzenwächter

Die pilzfressenden Fadenwürmer sind nur etwa zwei Millimeter lang und besitzen an ihrem Kopf einen stechenden Mundapparat, mit dem sie die langen Myzelfäden anstechen und den Inhalt von Zellen aussaugen. Als Reaktion auf diesen Angriff bilden einige Pilzarten, darunter der von Markus Künzler an der ETH Zürich untersuchte Faltentintling, spezifische toxische Proteine. Diese Toxine verursachen bei den Fadenwürmern schwere Verdauungsstörungen und können sie töten. Das Abwehrsystem fasziniert den Biologen: «Der Pilz erkennt den Angriff und warnt jene Bereiche des Myzels, die noch nicht betroffen sind, damit sie vorsorglich mehr Toxine produzieren.»

Im Gegensatz zu langlebigen chemischen Wirkstoffen werden diese Proteine rasch abgebaut, deshalb könnten sie sich als biologisches Pflanzenschutzmittel nutzen lassen. Weil die Toxine empfindlich auf Umwelteinflüsse reagieren, ist die praktische Anwendung zwar noch anspruchsvoll, der Ansatz könnte aber einen wertvollen Beitrag zu einer nachhaltigen Landwirtschaft leisten.