Pilze 01 - Antibiotika natürlich

7.4.2019: Natürliche Antibiotika können auch aus Pilzen gewonnen werden:
Ein weites, bislang wenig erforschtes Feld! Die unerwartete Zauberkraft von Pilzen – sogar Pilze als Quelle von Antibiotika! – The unexpected magic of mushrooms

-- Pilzrekorde: Armillaria gallica (Honigpilz) in Oregno
-- Antibiotika werden mit Substanzen aus Pilzen produziert
-- Penicillin wird aus Haushaltsschimmel hergestellt, der auf altem Brot wächst
-- Substanzen aus Pilzen heilen Grippe, Polio, Mumps, Masern und Drüsenfieber, auch "unheilbare Krankheiten" wie HIV und das Zika-Virus
-- Substanzen aus Pilzen fressen Kunststoff auf

Normalerweise werden sie mit Verrottung und Verfall assoziiert: Pilze. Sie können auch eine missachtete Ressource sein, die der Menschheit bei der Lösung einiger ihrer größten Probleme hilft. So gehört Stella McCartney zu den Designern, die jetzt mit Pilzleder arbeiten wollen. Oder: Die Armillaria gallica könnte ein potenzielles Gegengewicht zur berüchtigten Instabilität von Krebs bieten. Und sogar die Pilzverpackung gibt es. Sie ist biologisch abbaubar und wird bereits von Unternehmen wie Dell zur Verpackung ihrer Computer verwendet. Forscher in Yale stellten fest, dass es einen seltenen Pilz gibt, der gerne Plastik frisst. Und es gibt sogar schon Lösungen gegen das Bienensterben und zwar auch hier ür gibt es besondere Pilze. Sie werden überrascht sein, lernen Sie hier die unerwartete Magie von Pilzen kennen.

[Pilzrekorede: Armillaria gallica (Honigpilz) in Oregon]

Die unerwartete Magie von Pilzen

Wir hatten Ihnen bereits Paul Stamets vorgestellt. Er hält mehrere Patente auf natürliche, aus Pilzen hergestellte Insektizide. Pilzen gehören die Zukunft, so Paul, und er hat uns auf diesen folgenden Beitrag aufmerksam gemacht, den wir für Sie übersetzt haben.

Normalerweise werden sie mit Verrottung und Verfall assoziiert: Pilze. Sie könnten aber auch eine missachtete Ressource sein, die der Menschheit bei der Lösung einiger ihrer größten Probleme hilft.

Zu Jim Andersons Füßen liegt ein Monster. Es lebte schon, als der persische König Xerxes Krieg gegen die alten Griechen führte, und wiegt mehr als drei Blauwale zusammen. Es hat einen unersättlichen Appetit und frisst sich seinen Weg durch gigantische Waldschneisen. Es ist je doch kein längst vergessenes Tier der griechischen Mythologie, sondern ein Pilz.

Anderson steht in einem bescheidenen Stück Waldland in Crystal Falls, auf Michigans Oberer Halbinsel. Er stattet einem Organismus einen Besuch ab, der im Waldboden lebt und den er und seine Kollegen vor beinahe 30 Jahren entdeckten. Dies ist das Zuhause von Armillaria gallica, einer Art Honigpilz.

Diese gewöhnlichen Pilze kommen in gemäßigten Waldgegenden in ganz Asien, Nordamerika und Europa vor, wo sie auf sterbendem oder auf abgestorbenem Holz wachsen, wodurch sie die Verrottung beschleunigen. Die einzigen sichtbaren Anzeichen von ihm sind oft Klumpen von schuppigen gelb-braunen giftpilzartigen Fruchtkörpern, die bis zu 10 cm groß werden.

Als Anderson und seine Kollegen Ende der 1980er Jahre nach Crystal Falls kamen, stellten sie fest, dass die zuvor vermutete reiche Ansammlung von Armillaria Gallica unter dem Mulch von Laub und der obersten Erdschicht des Waldbodens in Wirklichkeit ein einziges gigantisches Exemplar war. Sie vermuteten, dass der Pilz sich über etwa 0,37 km² ausdehnte, 100 Tonnen wog und wenigstens 1.500 Jahre alt war. Er wurde zum neuesten Rekordhalter für den größten Organismus unseres Planeten. Ein Exemplar der gleichen Art in einem Wald Oregons hält den derzeitigen Rekord.

„Damals verursachte dies einigen Wirbel“, erzählt Anderson. „Unser Artikel erschien am 1. April, weswegen ihn alle für einen Aprilscherz hielten. Im Jahr 2015 trieb es uns zurück [zu dem Pilz], um unsere Voraussage zu überprüfen, dass dieser Organismus wirklich selbstständig und dauerhaft war“.

Zwischen 2015 und 2017 kehrten sie mehrere Male zu ihm zurück, entnahmen Proben von entfernten Punkten im Wald und ließen ihre DNA durch einen Sequenzer ihres Labors an der Universität Toronto laufen. Seit ihrer ersten Studie in den 1980er Jahren hat sich die genetische Analyse stark weiterentwickelt. Neue Techniken beschleunigen den Prozess, senken die Kosten und bieten mehr Informationen.

Ihre neuen Proben ergaben, dass die Armillaria gallica, die sie als eigenständiges Exemplar identifiziert hatten, noch viel größer und älter war als vorhergesagt, und zwar vier Mal so groß und weitere 1000 Jahre älter und etwa 400 Tonnen schwer.

Die Analyse ergab eine weitere, erstaunlichere Erkenntnis, eine, die uns Menschen in unserem Kampf gegen einen der größten Feinde der modernen Medizin unterstützen könnte – Krebs.

Die kanadischen Forscher entdeckten das mögliche Geheimnis hinter Armillaria gallicas außergewöhnlichem Umfang und Alter. Es kommt zutage, dass der Pilz eine extrem niedrige Mutationsrate hat – was bedeutet, dass er mögliche schädliche Veränderungen seines genetischen Codes vermeidet.

Wenn Organismen wachsen, teilt sich jede Zelle in zwei, um neue Tochterzellen zu produzieren. Mit der Zeit kann die DNA in den Zellen Schaden nehmen, was zu Fehlern führt, bekannt als Mutationen, die sich in den genetischen Code einschleichen. Man hält dies für einen der Schlüsselmechanismen, die zu Alterung führen.

Aber es scheint, dass die Armillaria Gallica in Crystal Falls eine gewisse eingebaute Resistenz gegen diesen DNA-Schaden haben könnte. In 15 Proben, die aus fernen Teilen des Waldes entnommen und vom Team sequenziert wurden, hatten sich nur 163 Buchstaben von 100 Millionen im genetischen Code der Armillaria gallica verändert.

„Die Mutationsfrequenz ist viel, viel niedriger, als wir es uns je hätten vorstellen können“, sagt Anderson. „Um dieses niedrige Niveau der Mutation zu erreichen, erwarten wir, dass sich die Zellen im Durchschnitt einmal pro Meter Wachstum teilen. Aber das Erstaunliche ist, dass die Zellen mikroskopisch klein sind – nur wenige Mikrometer groß -, sodass man Millionen von ihnen in jedem Meter Wachstum brauchen würde.“

Anderson und sein Team glauben, dass der Pilz einen Mechanismus hat, der dabei hilft, seine DNA vor Schäden zu schützen, indem er ihm eines der stabilsten Genome der natürlichen Welt gibt. Obwohl sie das noch enträtseln müssen, könnte die bemerkenswerte Stabilität des Genoms der Armillaria gallica neue Erkenntnisse über die menschliche Gesundheit liefern.

Bei einigen Krebsarten können Mutationen in Zellen „randalieren“, da die normalen Mechanismen, die die DNA überprüfen und reparieren, zusammenbrechen.

„Armillaria gallica könnte ein potenzielles Gegengewicht zur berüchtigten Instabilität von Krebs bieten“, sagt Anderson. „Wenn Sie sich eine Linie von Krebszellen ansähen, die im Alter gleichwertig sind, wäre diese so durchsiebt von Mutationen, dass Sie sie möglicherweise nicht erkennen könnten. Armillaria ist das entgegengesetzte Extrem. Es könnte möglich sein, die evolutionären Veränderungen zu erkennen, die es ihr ermöglicht haben, so zu sein [wie sie ist] und sie mit Krebszellen zu vergleichen.“

Dies könnte es nicht nur den Wissenschaftlern ermöglichen, mehr darüber zu erfahren, was in Krebszellen schief läuft, sondern auch neue Möglichkeiten der Krebsbehandlung eröffnen.

Während Anderson und seine Kollegen nicht vorhaben, diese Arbeit selbst zu erledigen – sie überlassen sie anderen, die jünger und qualifizierter sind, die genetische Komplexität von Krebs zu verstehen -, bieten ihre Ergebnisse einen faszinierenden Einblick in die ungenutzte Kraft von Pilzen, die der Menschheit zu helfen können.

Pilze gehören zu den am häufigsten vorkommenden Organismen auf unserem Planeten – die kombinierte Biomasse dieser oft winzigen Organismen übersteigt die aller Tiere auf dem Planeten zusammengenommen. Und ständig entdecken wir neue Pilze. Mehr als 90% der geschätzten 3,8 Millionen Pilze auf der Welt sind der Wissenschaft derzeit [noch] unbekannt. Allein 2017 wurden 2.189 neue Pilzarten von Wissenschaftlern beschrieben.

Ein kürzlich veröffentlichter Bericht der britischen Royal Botanic Kew Gardens in London hebt hervor, dass Pilze bereits auf Hunderte von verschiedenen Arten verwendet werden, von der Papierherstellung bis hin zur Reinigung unserer schmutzigen Kleider.

[Aus Substanzen von Pilzen werden die Pharma-Antibiotika]

Pilze als Quelle von Antibiotika

Rund 15% aller Impfstoffe und biologisch hergestellten Medikamente stammen von Pilzen. Die komplexen Proteine, mit denen beispielsweise eine Immunantwort auf das Hepatitis-B-Virus ausgelöst wird, wachsen in Hefezellen, die zur Pilzfamilie gehören.

Am bekanntesten ist vielleicht das Antibiotikum Penicillin, das in einer häufigen Art von Haushaltsschimmel entdeckt wurde, der oft auf altem Brot wächst. Dutzende anderer Arten von Antibiotika werden heute von Pilzen produziert.

Sie bieten auch zahlreiche Behandlungen von Migräne und Statinen zur Behandlung von Herzerkrankungen. Ein relativ neues Immunsuppressivum zur Behandlung der Multiplen Sklerose wurde aus einer Verbindung entwickelt, die von einem Pilz produziert wird, der wiederum Zikadenlarven infiziert.

„Es ist Teil dieser Familie von Pilzen, die in Insekten eindringen und sie verschlingen“, sagt Tom Prescott, ein Forscher, der den Einsatz von Pflanzen und Pilzen im Royal Botanic Kew Gardens auswertet. „Sie produzieren diese Verbindungen, um das Immunsystem der Insekten zu unterdrücken, und es stellt sich heraus, dass sie auch beim Menschen eingesetzt werden können.“

[Substanzen aus Pilzen heilen haufenweise Krankheiten]

Einige Forscher glauben jedoch, dass wir bislang nur an der Oberfläche dessen gekratzt haben, was uns Pilze bieten können.

„Es wurde bereits berichtet, dass [Pilze] gegen Viruserkrankungen aktiv werden„, sagt Riikka Linnakoski, eine Forstpathologin am Natural Resources Institute, Finnland.

Von Pilzen produzierte Verbindungen können Viren zerstören, die Krankheiten wie Grippe, Polio, Mumps, Masern und Drüsenfieber verursachen. Zahlreiche Pilze wurden auch gefunden, um Verbindungen herzustellen, die Krankheiten behandeln könnten, die derzeit nicht heilbar sind wie HIV und das Zika-Virus.

„Ich glaube, diese repräsentieren nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Arsenals an bioaktiven Verbindungen“, sagt Linnakoski. „Pilze sind eine riesige Quelle verschiedener bioaktiver Moleküle, die in Zukunft möglicherweise als antivirale Mittel eingesetzt werden könnten.“

Sie ist Teil eines Forschungsteams, das untersucht, ob Pilze, die in den Mangrovenwäldern Kolumbiens wachsen, Quellen für neue antivirale Wirkstoffe sein könnten. Diese Ziele wurden jedoch noch nicht erreicht. Pilze als Quelle von Antibiotika, die gegen Bakterien wirken, sind zwar gut erforscht, jedoch wurden bislang keine aus Pilzen gewonnenen antiviralen Medikamente zugelassen.

Linnakoski führt dieses offensichtliche Versäumnis der Wissenschaft auf die Schwierigkeit zurück, viele Pilze aus der natürlichen Umgebung zu sammeln und anzubauen, sowie auf den historischen Mangel an Kommunikation zwischen Mykologen und Virologen. Aber sie glaubt, dass es nur eine Frage der Zeit sein wird, bis ein pilzbasiertes antivirales Medikament seinen Weg in die Klinik findet.

Linnakoski glaubt auch, dass die Suche nach neuen Pilzarten in unwirtlichen Umgebungen, wie z. B. im Sediment auf dem Meeresboden in einigen der tiefsten Teile des Ozeans oder unter den stark veränderlichen Bedingungen der Mangrovenwälder, noch spannendere Verbindungen hervorbringen könnte.

„Es ist anzunehmen, dass die extremen Bedingungen Pilze dazu anregen, einzigartige und strukturell beispiellose sekundäre Stoffwechselprodukte zu produzieren“, sagt sie. „Leider verschwinden viele der einheimischen Ökosysteme, die ein großes Potenzial für die Entdeckung neuartiger bioaktiver Verbindungen bergen, wie z.B. Mangrovenwälder, in alarmierender Geschwindigkeit.“

[Pilze fressen Kunststoff auf]

Darüber hinaus bergen Pilze Verwendungsmöglichkeiten, die andere Probleme lösen können – jenseits unserer Gesundheit.

Ein Pilz, der auf einer Deponie am Rande von Islamabad, Pakistan, im Boden gefunden wurde, kann eine Lösung für die alarmierende Menge an Kunststoffverschmutzung sein, die unsere Ozeane verstopft. Fariha Hasan, Mikrobiologin an der Quaid-I-Azam-Universität in Islamabad, stellte fest, dass der Pilz Aspergillus tubingensis Polyurethan-Kunststoff schnell abbauen kann.

Diese Kunststoffe, aus denen früher eine breite Palette von Produkten wie Möbelschaumstoffe, Elektronikgehäuse, Klebstoffe und Folien hergestellt wurden, können jahrelang in Erde und Meerwasser verbleiben. Jedoch wurde festgestellt, dass die Pilze sie innerhalb weniger Wochen abbauen. Hasan und ihr Team untersuchen nun, wie man die Pilze für den großtechnischen Abbau von Kunststoffabfällen einsetzen kann. Bei anderen Pilzen wie z. B. Pestalotiopsis microspore, der normalerweise auf verrottenden Efeublättern wächst, wurde ebenfalls ein ungeheurer Appetit auf Plastik festgestellt, was die Hoffnung darauf weckt, dass sie zur Lösung unseres wachsenden Abfallproblems genutzt werden könnten.

Tatsächlich haben Pilze einen erheblichen Geschmack für die Verschmutzung, mit der wir unsere Welt belasten. Arten wurden entdeckt, die Böden von Ölverschmutzung reinigen, schädliche Schwermetalle abbauen, langlebige Pestizide vernichten und sogar zur Rehabilitation radioaktiv verseuchterer Standorte beitragen können.

Pilze könnten aber auch in erster Linie dazu beitragen, dass einige Kunststoffe überhaupt nicht mehr verwendet werden müssen.

Eine Reihe von Gruppen auf der ganzen Welt versuchen nun, ein wesentliches Merkmal von Pilzen – die aderartigen Netze aus Myzel, die sie produzieren – zu nutzen, um Materialien herzustellen, die Kunststoffverpackungen ersetzen können. Während Pilze wachsen, verzweigen sich diese Myzelfäden nach außen, um in Ecken und Kanten im Boden zu sondieren und ihn so zu verbinden. Sie sind der Klebstoff der Natur.

Im Jahr 2010 begann Ecovative Design zu untersuchen, wie sie damit natürliche Abfallprodukte wie Reisschalen oder Holzschnitzel zu einer Alternative zu Styroporverpackungen verbinden können. Ihre frühen Arbeiten haben sich zu MycoComposite entwickelt, das Reste von Hanfpflanzen als Ausgangsmaterial verwendet.

Diese werden zusammen mit Pilzsporen und Mehl in wiederverwendbare Formen verpackt, in denen sie dann neun Tage lang wachsen. Dabei produzieren sie Enzyme, die anfangen, den Abfall zu verdauen. Sobald das Material in die gewünschte Form gebracht wurde, wird es wärmebehandelt, um das Material zu trocknen und weiteres Wachstum anzuhalten.

Die so entstandene „Pilzverpackung“ ist biologisch abbaubar und wird bereits von Unternehmen wie Dell zur Verpackung ihrer Computer verwendet.

Das Unternehmen hat auch eine Methode entwickelt, um Myzel in Schaumform zu züchten, das in Sportschuhen oder als Isolierung verwendet werden kann. Ebenso können sie aus Myzel lederartige Stoffe erzeugen. In Zusammenarbeit mit dem nachhaltigen Textilunternehmen Bolt Threats kombiniert es Maisstängel mit dem Myzel und lässt beides zu einer Matte wachsen, die gegerbt und komprimiert wird. Der gesamte Prozess dauert Tage und nicht die Jahre, die für Tierleder benötigt werden.

Stella McCartney gehört zu den Designern, die jetzt mit diesem Pilzleder arbeiten wollen. Schuhdesignerin Liz Ciokajlo hat vor kurzem erst ein Myzel für eine moderne Nachbildung des Modetrends des Moon Boot aus den 70er Jahren verwendet.

Athanassia Athanassiou, Materialwissenschaftlerin am Italienischen Institut für Technologie in Genua, entwickelt mit Hilfe von Pilzen neue Arten von Bandagen zur Behandlung schlecht heilender oder offener Wunden.

Aber sie hat auch entdeckt, dass es möglich ist, die Eigenschaften des Myzelmaterials zu optimieren, indem man verändert, was es verdauen muss. Je härter eine zu verdauende Substanz für die Pilze ist – wie z. B. Holzschnitzel statt Kartoffelschalen – desto steifer ist das entstehende Myzelmaterial.

Es eröffnet die Aussicht, Pilze für robustere Zwecke einzusetzen.

Gesehen in Australien – Doro Schreier

Die kalifornische Firma MycoWorks hat Methoden entwickelt, mit deren Hilfe Pilze zu Baumaterialien verarbeitet werden. Durch die Verschmelzung von Holz mit Myzel konnten sie Ziegel herstellen, die feuerhemmend und widerstandsfähiger sind als herkömmlicher Beton.

Tien Huynh, Biotechnikerin am Royal Melbourne Institute of Technology in Australien, leitet ein Projekt zur Herstellung ähnlicher Pilzziegel, bei dem Mycel aus Trametes versicolor mit Reishülsen und zerkleinertem Altglas kombiniert wird.

Sie sagt, dass sie nicht nur ein billiges und umweltfreundliches Baumaterial liefern, sondern auch dazu beitragen, ein weiteres Problem zu lösen, mit dem viele Haushalte in Australien und auf der ganzen Welt konfrontiert sind – Termiten. Der Kieselsäuregehalt des Reises und des Glases macht das Material weniger appetitlich für Termiten, die jedes Jahr Schäden an Häusern in Höhe von Milliarden Dollar verursachen.

„In unserer Forschung haben wir die Pilze auch dazu genutzt, Enzyme und neue Biostrukturen für verschiedene Eigenschaften wie Schallabsorption, Stärke und Flexibilität herzustellen“, sagt Huynh. Ihr Team arbeitet auch daran, mit Pilzen Chitin herzustellen – eine Substanz, die zur Verdickung von Lebensmitteln und in vielen Kosmetika verwendet wird.

„Normalerweise wird Chitin aus Schalentieren gewonnen, die hypoallergene Eigenschaften haben“, sagt sie. „Das Pilzchitin nicht. Wir werden im weiteren Verlauf des Jahres mehr Produkte auf Pilzbasis haben, aber es ist sicherlich eine faszinierende Ressource, die [gegenwärtig noch] weitgehend ungenutzt ist.“

Pilze können auch in Kombination mit traditionellen Baustoffen zu einem „intelligenten Beton“ verarbeitet werden, der sich selbst heilen kann, wenn die Pilze in entstehende Risse hineinwachsen und frisches Kalziumkarbonat, den wichtigsten Rohstoff im Beton, zur Reparatur der Schäden absondern.

„Die Verwendungsmöglichkeiten für Myzel […] sind endlos“, sagt Gitartha Kalita, Bioingenieur am Assam Engineering College und an der Assam Don Bosco University in Guwahati, Indien. Er und seine Kollegen verwenden Pilze und Heuabfall zur Erschaffung einer Alternative zu Bauholz. „Alles, was wir heute landwirtschaftliche Abfälle nennen, ist eigentlich eine unglaubliche Ressource, auf der Pilze wachsen können. Wir haben unsere Umwelt bereits geschädigt. So können wir die derzeitigen Materialien durch etwas ersetzen, das sich nachhaltig erhalten wird. Sie [die Pilze] können unsere Abfälle in etwas verwandeln, das wirklich wertvoll für uns ist.“

Titelfoto – G0DG67 Bulbous Honey Fungus is an edible mushroom. Image shot 06/2015. Exact date unknown.>

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7.4.2019: Natürliche Antibiotika können auch aus Pilzen gewonnen werden: Ein weites, bislang wenig erforschtes Feld! Die unerwartete Zauberkraft von Pilzen – sogar Pilze als Quelle von Antibiotika! – The unexpected magic of mushrooms