Identifikation allgemeiner Determinanten pilzlicher Pathogenität und des Sekundärstoffwechsels

Pilze haben erhebliche negative wie positive Effekte auf menschliche Gesundheit, in der Biotechnologie und in der Landwirtschaft. Als Krankheitserreger sind Pilze in der Landwirtschaft für Verluste von mehr als 200 Mrd. $ US jährlich verantwortlich. Diese Verluste entstehen im Feld und im Lager sowohl durch direkte Pathogenwirkung als auch durch Kontamination mit Mycotoxinen.Fungizide werden zur Kontrolle einer Vielzahl pilzlicher Pathogene eingesetzt. Gegenwärtige Probleme, die mit dem Einsatz fungizider Substanzen verbunden sind, sind die Toxizität der Verbindungen und vor allem die Entstehung von Fungizidresistenzen sowohl im human- als auch phytomedizinischen Bereich. So ist klar, dass die Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen neue Targets in diversen Pathogenen dringend notwendig ist.Ein entscheidender Schritt in diese Richtung ist es, zu untersuchen, ob das Enzym 4-Phosphopantheteinyl transferase (PPTase; CfwA) als neues universelles Fungizid-Target angesehen werden kann. Dazu werden in dem vorgeschlagenen Projekt molekulargenetische Methoden an zwei ökonomisch relevanten Pilzen, dem Erreger der Mais-Anthraknose und Stängelfäule, Colletotrichum graminicola, und dem Mycotoxin-Bildner Aspergillus nidulans, eingesetzt. Beide Pilze sind aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit anderen pflanzen- oder tierpathogenen Pilzen und aufgrund ihrer molekularen Zugänglichkeit ideale Modellsysteme. In A. nidulans liegt das Gen CfwA als einfache Kopie vor; die PPTase-Aktivität ist in drei essentielle Stoffwechselbereiche eingebunden: Sie wird für die Aktivierung verschiedener Polyketidsynthasen (PKS), einer nicht-ribosomalen Peptid Synthetase (NRPS) und für die Biosynthese von Lysin benötigt. PKS und NRPS sind als multifunktionale Enzyme in Bakterien, Pilzen und Pflanzen an der Synthese verschiedener wichtiger Sekundärmetabolite beteiligt. So ist PKS an der Melanin-Synthese beteiligt und wurde in C. graminicola und anderen Colletotrichum Species, in Magnaporthe grisea und weiteren Pilzen als Pathogenitätsfaktor identifiziert. PKS ist ferner für die Synthese von Mycotoxinen, z.B. Aflatoxin, Fumonisin und Ochratoxin, in Aspergillus-Arten essentiell. Bedeutenderweise erfolgt die Synthese der Aminosäure Lysin in Pilzen unter Einbindung des Enzyms a-Aminoadipat Reduktase, das ebenfalls durch PPTase aktiviert wird. Das Enzym PPTase wäre also als Fungizid-Target ein ausgezeichneter Kandidat, da es nicht nur an der Melanin- und Toxin-Synthese, sondern auch an der Synthese einer essentiellen Aminosäure beteiligt ist. Da sich pilzliche PPTasen in ihrer Struktur, Größe und Aminosäurezusammensetzung erheblich von menschlichen, tierischen und pflanzlichen Enzymen unterscheiden, scheint die Synthese spezifischer Inhibitoren nicht unwahrscheinlich.Unser langfristiges Ziel ist in diesem Forschungsprojekt die Beurteilung der PPTase als universelles Fungizid-Target. Im Detail werden wir 1) PPTase Enzym-Charakteristika durch Analyse verschiedener durch in vitro und in vivo Mutagenese hergestellter cfwA Allele untersuchen und 2) die Rolle des C. graminicola cfwA Gens in der Aktivierung der PKS und somit in der Virulenz/Pathogenität durch gezielte Geninaktivierungsexperimente untersuchen.