Flech­ten: Pilz versorgt Alge mit Eisen

Von der Arktis über das Hochgebirge bis hin zu Wüsten: Flechten sind Überlebenskünstler und wachsen auch in kargen Landschaften, sogar dort, wo Wasser oft nur kurzzeitig als Tau oder Nebel verfügbar ist. Ihre Austrocknungstoleranz ist die Grundlage für die hohe Resilienz dieser Lebensgemeinschaft, in der ein Pilz eine Art Gewächshaus für einzellige Grünalgen bereitstellt. Die Alge betreibt Photosynthese und liefert dem Pilz Kohlenstoffverbindungen, der Pilz bietet Schutz vor UV-Strahlung und versorgt die Alge mit Wasser und Mineralstoffen, beispielsweise Eisen. Die Versorgung mit Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil der Symbiose, von der beide Partner und somit die gesamte Flechte profitieren.

Wie genau ein Flechtenpilz Eisen verfügbar macht und an den Algenpartner weitergibt, war bisher unklar, konnte nun aber in der vorliegenden Studie, publiziert in Nature Communications, am Beispiel der Gewöhnlichen Gelbflechte (Xanthoria parietina) beschrieben werden.

Zusammenarbeit der Innsbrucker Universitäten

Beteiligt waren neben Isidor Happacher aus dem Team um Hubertus Haas (Institut für Molekularbiologie der Medizinischen Universität) auch das Team von Ilse Kranner (Institut für Botanik der Universität Innsbruck) sowie Kurt Haselwandter (ehemals Institut für Mikrobiologie der Universität Innsbruck).

Vonseiten des Instituts für Botanik wurden die isolierten Kulturen des Flechtenpilzes Xanthoria parietina und seiner symbiotischen Grünalge Trebouxia decolorans sowie das Kulturmedium zur Verfügung gestellt, in dem der Pilz kultiviert wurde. In diesem Kulturmedium identifizierten die Kolleg:innen der Medizinischen Universität das Siderophor. Anschließend wurde gemeinsam untersucht, wie sich dieses eisenbindende Molekül auf das Wachstum der Alge auswirkt. Haselwandter, der am Institut für Mikrobiologie der Universität Innsbruck tätig war, hatte mit seiner langjährigen Forschung zu symbiotischen Pilzen entscheidende Grundlagen der Fragestellung erarbeitet und die Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten etabliert.

Chemische Struktur des Siderophors aufgeklärt

Mithilfe von Massenspektrometrie konnten die Forscher:innen die chemische Struktur des Siderophors, das sogenannte Ferrichrom, identifizieren. Bei Siderophoren handelt es sich um Moleküle, die Eisen binden und verfügbar machen.

Darüber hinaus zeigte die Arbeit auch, dass das für die Herstellung von Ferrichrom verantwortliche Schlüsselenzym sogar dann funktioniert, wenn man das kodierende Gen in einen anderen, nicht-flechtenbildenden Pilz einsetzt.

Zum ersten Mal ließ sich also experimentell zeigen, dass Ferrichrom das Wachstum der Alge fördert. „Damit konnten wir erstmals nachweisen, dass Siderophore zur Eisenversorgung innerhalb einer Flechtensymbiose beitragen", erklärt Ilse Kranner vom Institut für Botanik der Universität Innsbruck.

Bedeutung über die Flechtenforschung hinaus

Fast alle Lebewesen benötigen Eisen, doch in sauerstoffreicher Umgebung liegt es meist in schwer löslicher Form vor. Siderophore sind bei Pilzen und Bakterien weit verbreitete Moleküle, mit denen sie Eisen aus ihrer Umgebung binden und für die Aufnahme verfügbar machen. Davon können auch ihre jeweiligen Symbiosepartner profitieren. Auch in anderen Lebensgemeinschaften, etwa zwischen Pilzen und Pflanzenwurzeln, können solche Moleküle zur Eisenversorgung der Partner beitragen.

Bei manchen krankheitserregenden Pilzen sind Siderophore zudem entscheidend für die Eisenversorgung während einer Infektion. Sie werden daher als mögliche Ansatzpunkte für die Diagnose und Behandlung von Pilzinfektionen erforscht.