Man sieht sie nicht und doch sind wir ständig von ihnen umgeben. Mehr als 200 verschiedene Schimmelpilz-Arten schwirren in Deutschland herum und setzen sich überall fest – auf Lebensmitteln, in Blumentöpfen und an Zimmerwänden. Über die Luft können Schimmelsporen und ihre Gifte in die Atemwege gelangen und Allergien und asthmatische Erkrankungen auslösen. Bei immunschwachen Menschen – zum Beispiel Leukämie- oder AIDS-Patienten – kann das Einatmen von Pilzsporen sogar sehr schnell lebensbedrohlich werden.
Auch Nanopartikel sind überall zu finden. Mit einer Größe von 1-100 Nanometern sind sie – genau wie Pilzsporen – so klein, dass man sie weder sehen noch fühlen kann. Nanopartikel gelangen auf verschiedene Wege in die Umwelt. Sie entstehen natürlicherweise bei Vulkanausbrüchen und Waldbränden oder werden vom Mensch durch beispielsweise Industrie-Abgase verursacht. Durch ihre hohe chemische Reaktivität sind sie bestrebt, an andere Objekte zu binden. Wie zum Beispiel an Pilzsporen.
Und genau diese Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln und Schimmelpilz-Sporen spielt eine wichtige Rolle bei der Infektion mit Schimmelpilzen. „Wir haben herausgefunden, dass ultrafeine Partikel die Oberfläche von Pilzsporen so ummanteln können, dass sie von der Immunabwehr übersehen werden. Dann steigt das Risiko für eine schwere Infektionskrankheit natürlich deutlich an“, erklärt uns Shirley Knauer, Professorin der Molekularbiologie an der Universität Duisburg-Essen (UDE). Als „Wolf im Schafspelz“ bezeichnen die Forscher die Schimmelpilze mit Nanopartikel-Hülle, die sich ungehindert in der Lunge ausbreiten können.
Die Expositionswege von Nanopartikeln und Mikroben überlappen – sie werden entweder von uns eingeatmet oder mit der Nahrung aufgenommen. Die Fragestellung über die Wechselwirkungen von Mikroben mit Nanomaterialien ist daher höchst relevant. „Dies gilt insbesondere für Infektionskrankheiten und das Mikrobiom, wird aber auch für ganze Ökosysteme eine wichtige Rolle spielen“, so Knauer.
Um winzige Objekte wie Pilzsporen und Nanopartikel untersuchen zu können, sind die Wissenschaftler vor allem auf unterschiedliche hochauflösende Mikroskopie-Techniken angewiesen. „Aufgrund der Kleinheit der von uns untersuchten Objekte sind zum einen elektronenmikroskopische Verfahren essentiell, um die winzigen Strukturen vernünftig auflösen zu können“, berichtet die Molekularbiologin. „Mittels intravitaler Mikroskopie ist es uns zudem gelungen, Nanopartikel-bedeckte Pilzsporen nicht nur in kultivierten Immunzellen, sondern auch im intakten Lungengewebe nachzuweisen. Eine andere Methode, die sogenannte Lichtblatt-Mikroskopie, hat uns ermöglicht, große Proben wie die gesamte Lunge einer Maus abzubilden. Dies erleichtert die Übertragbarkeit unserer Ergebnisse auf die Erkrankung im Menschen und erhöht damit die Aussagekraft unserer Studie.“
Überraschenderweise war über die Wechselwirkung von Mikroben mit Nanomaterialien bisher nur sehr wenig bekannt. „Auf jeden Fall sind hier noch sehr viele Fragen offen, deren Klärung uns sicherlich noch einige Jahre gehörig auf Trab halten wird“, sagt Knauer.
Die bisherigen Ergebnisse von Knauer und ihrem Team machen deutlich, dass Interaktionen mit Nanomaterialien nahezu überall eine Rolle spielen. Der Wolf im Schafspelz ist also entdeckt, jetzt muss er nur eingefangen und enttarnt werden.
Eva Glink
Westmeier D. et al. (2018): Nanoparticle decoration impacts airborne fungal pathobiology. PNAS, 115(27): 7087-92