Informatie

Hoe beschermt een schimmel zichzelf tegen vertering door andere schimmels?


Als een schimmel zijn spijsverteringsenzymen buiten zijn lichaam afgeeft, hoe beschermt hij zichzelf dan tegen de spijsvertering? Hoe beschermen schimmels die in de buurt groeien zichzelf?

Ik heb geprobeerd dit op google te zoeken maar kon geen antwoord krijgen.


Over het algemeen zijn schimmelcelwanden resistent tegen welke enzymen of verbindingen ze ook uitscheiden om materiaal af te breken voor consumptie. Conceptueel is het een beetje alsof je maagwand bestand is tegen maagzuur. Voor een meer gedetailleerd antwoord moet je misschien naar je plaatselijke universiteit gaan en een mycoloog zoeken.

Er is lopend onderzoek naar hoe schimmels eigenlijk 'eten'. U kunt endocytose van schimmels opzoeken als u daar meer onderzoek naar wilt doen. Er kunnen andere mechanismen zijn, zoals Shigeta noemt.


Hoe planten reageren op schimmels

Planten staan ​​constant onder druk van schimmels en andere micro-organismen. De lucht zit vol met schimmelsporen, die zich hechten aan plantenbladeren en ontkiemen, vooral bij warm en vochtig weer. Sommige schimmels blijven op het oppervlak van de bladeren. Anderen, zoals valse meeldauw, dringen de planten binnen en vermenigvuldigen zich, waarbij ze belangrijke voedingsstoffen extraheren. Deze schimmels kunnen grote schade aanrichten in de landbouw.

De toegangspoorten voor sommige van deze gevaarlijke schimmels zijn kleine poriën, de huidmondjes, die in grote aantallen op de bladeren van de plant worden aangetroffen. Met behulp van gespecialiseerde bewakingscellen, die elke stomatale porie flankeren, kunnen planten de openingsbreedte van de poriën veranderen en ze volledig sluiten. Zo reguleren ze de uitwisseling van water en koolstofdioxide met de omgeving.

Chitine-bedekking onthult de schimmels

De wachtcellen werken ook in de verdediging van planten: ze gebruiken speciale receptoren om aanvallende schimmels te herkennen. Een recente ontdekking door onderzoekers onder leiding van de plantenwetenschapper professor Rainer Hedrich van Julius-Maximilians-Université's (JMU) W'252rzburg in Beieren, Duitsland, heeft waardevol licht geworpen op de mechanica van dit proces.

"Schimmels die via open huidmondjes de plant proberen binnen te dringen, verraden zichzelf door hun chitinebedekking", zegt Hedrich. Chitine is een koolhydraat. Het speelt een vergelijkbare rol in de celwanden van schimmels als cellulose in planten.

Moleculaire details onthuld

Het journaal eLife beschrijft in detail hoe de plant schimmels herkent en de moleculaire signaalketen via welke de chitine de sluiting van de huidmondjes in gang zet. Naast Hedrich was de Münchense professor Silke Robatzek van de Ludwig-Maximilians-Universités verantwoordelijk voor de publicatie. Moleculair bioloog Robatzek is gespecialiseerd in afweersystemen van plantpathogenen en biofysicus Hedrich is expert in de regulatie van wachtcellen en huidmondjes.

Simpel gezegd veroorzaakt chitine de volgende processen: als de chitinereceptoren worden gestimuleerd, geven ze een gevaarsignaal af en activeren daarmee het ionkanaal SLAH3 in de wachtcellen. Vervolgens openen verdere kanalen en laten ionen uit de wachtcellen stromen. Hierdoor daalt de interne druk van de cellen en sluiten de huidmondjes - waardoor de schimmel wordt geblokkeerd en buiten blijft.

Praktische toepassingen in landbouwsystemen

Het onderzoeksteam heeft dit proces aangetoond in de modelplant Arabidopsis thaliana (waterkers). De volgende stap is om de bevindingen van dit model over te dragen naar gewassen. "Het doel is om plantenveredelaars de tools te geven die ze nodig hebben om schimmelresistente rassen te kweken. Als dit lukt, kan het gebruik van fungiciden in de landbouw enorm worden verminderd", zegt Rainer Hedrich.

Vrijwaring: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! door bijdragende instellingen of voor het gebruik van informatie via het EurekAlert-systeem.


Levenscyclus van Taphrina (met diagram) | schimmels

Het geslacht Taphrina (oude generieke naam Exoascus die nog steeds door veel auteurs wordt gebruikt) bevat verschillende soorten die zeer belangrijke pathogenen zijn. Ze veroorzaken hyper- en shytrofische misvormingen van knoppen, bladeren, twijgen, bloemen en vruchten die ziekten veroorzaken die bekend staan ​​als bladkrulling, blaarvorming en fasciatiom. In houtige twijgen vaak onnatuurlijke, overvloedige, getufte vertakkingen “heksen’ bezem” is ontwikkeld.

Taphrina deformans veroorzaakt perzikbladkrulziekte en T. cerasi veroorzaakt heksenbezem van kersen.

Het somatische mycelium groeit intercellulair en vormt een netwerk onder de epi­dermis of de cuticula van het gastheerweefsel. De cellen zijn onregelmatig in grootte en vorm en dikaryotisch. Het mycelium bij de meeste soorten Taphrina is eenjarig, maar bij sommige soorten is het meerjarig.

Aseksuele voortplanting vindt plaats door eenkernige, dunwandige sporen die conidia worden genoemd. De conidia worden ontwikkeld uit de ascosporen. De ascosporen produceren conidia door te ontluiken. De conidia zelf ontluiken voor onbepaalde tijd, waardoor secundaire, tertiaire, enz., conidia worden bevorderd. Ze ontkiemen door kiembuisjes die door de cuticula van jong blad doordringen en infectie veroorzaken in het gastheerweefsel.

Seksuele reproductie wordt bereikt door de ontwikkeling van een palissade-achtige laag rechthoekige asci die worden geproduceerd uit de dikaryotische cellen van een compacte myceliumlaag. Deze cellen zijn de ascogene cellen. De myceliumlaag is één cel dik en wordt onderhuids gevormd.

De ascogene cellen zijn eivormig, peervormig of koepelvormig. Tijdens de ontwikkeling van een ascus verlengt de ascogene cel zich loodrecht op het gastheeroppervlak. De kernen smelten samen en vormen een diploïde kern.

De diploïde kern splitst zich vervolgens mitotisch in twee dochterkernen, waarvan de ene naar het distale uiteinde van de langwerpige ascogene cel beweegt en de andere aan de basis blijft. De langwerpige ascogene cel deelt zich nu in twee ongelijke cellen door een transversaal septum. De bovenste grotere cel is de ascus-moedercel en de onderste kleinere cel is de stengelcel.

De ascus-moedercel ontwikkelt zich nu tot een ascus. De protoplasmatische inhoud van de ascus-moedercel verdringt de punt waar de diploïde kern zich reductief deelt in dochterkernen die zich opnieuw mitotisch delen om acht haploïde kernen te vormen. Uiteindelijk worden acht asco­sporen gevormd.

Er is geen ontwikkeling van ascocarp. Rijpe asci worden blootgelegd door de breuk van de cuticula of epidermis van het gastheerweefsel, wanneer palissadeachtige asci zichtbaar worden. De ascosporen produceren, kort nadat ze al in de ascus zijn gevormd, kleine, ronde of eivormige eenkernige blastosporen (ook bekend als conidia) door te ontluiken.

Copu­lation van conidia vindt plaats tot vaststelling van een dikaryotische toestand. De ascosporen met aanhangende conidia vormende sporenballen worden met kracht uit de asci geworpen. Ze kunnen door de wind worden gedragen of in regendruppels worden gespat.

Bij het bereiken van het gastheeroppervlak ontkiemen de dikaryotische conidia door kiembuizen die de gastheer infecteren en hyfen met dikaryotische cellen produceren. De hyfen groeien intercellulair en geconjugeerde deling van de kernen bestendigt de dikaryotische toestand van de hyfencellen. De levenscyclus van het geslacht Taphrina wordt geïllustreerd door T. deformans in figuur 223.

Sommige Indiase soorten geslacht Taphrina:

Taphrina deformans (Berk.) Tul. T. maculans Butler T. purni Tul. T. rhomboidalis Syd. en Butler T. tubiforme (Rabenh.) Lagerh.


De belangrijkste verdedigingsstrategie van schimmels is chemische verdediging

Schimmels hebben verschillende strategieën ontwikkeld om hun concurrentievermogen voor het verwerven van voedingsstoffen ten opzichte van andere micro-organismen te vergroten en om zichzelf te beschermen tegen predatie door dieren. Net als bij planten is de belangrijkste verdedigingsstrategie van schimmels chemische verdediging, d.w.z. de productie van toxines die de groei, ontwikkeling of levensvatbaarheid van de antagonisten door de schimmel belemmeren [4]. Deze verdedigingseffectoren omvatten secundaire metabolieten [5], peptiden (ribosomaal of niet-ribosomaal gesynthetiseerd) [6, 7] en eiwitten [8] en werken gewoonlijk door te binden aan specifieke doelwitmoleculen van de antagonisten (tabel 1). De hypothese is dat effectoren tegen microbiële concurrenten worden uitgescheiden, terwijl effectoren tegen metazoa-roofdieren meestal worden opgeslagen in de schimmelcellen en worden opgenomen tijdens predatie (Fig 1) [9]. Voorbeelden van schimmelwerende effectoren in overeenstemming met deze hypothese zijn het β-lactam antibioticum penicilline dat door sommigen wordt geproduceerd Penicillium soorten [10], het antischimmel-lipopeptide pneumocandine B0 gemaakt door Glarea lozoyensis [11], en het cytotoxische, ribosomaal gesynthetiseerde octapeptide -amanitine geproduceerd door sommigen Amanita, Galerina, Conocybe, en Lepiota soorten [12]. Penicilline wordt uitgescheiden en bindt en remt extracellulaire enzymen die betrokken zijn bij peptidoglycaanbiosynthese, een essentieel en geconserveerd proces in alle bacteriën [13]. Evenzo pneumocandine B0 wordt uitgescheiden en remt 1,3-β-D-glucaansynthase, een van de belangrijkste enzymen die betrokken zijn bij de biosynthese van de celwand van schimmels en wordt daarom "penicilline van de antischimmelmiddelen" genoemd [11]. Daarentegen wordt α-amanitine na predatie uit de schimmelcel opgenomen en dringt het de epitheelcellen van het spijsverteringskanaal van roofdieren binnen, waar het het essentiële en geconserveerde nucleaire enzym RNA-polymerase II bindt en inactiveert [14]. Uitzonderingen op de hypothese zijn een aantal uitgescheiden insecticide en nematicide secundaire metabolieten [15]. Naast de werking van toxines, hebben schimmels subtielere manieren van chemische verdediging, bijvoorbeeld door de productie van moleculen die de bacteriële en dierlijke communicatie verstoren. Voorbeelden zijn intracellulaire lactonasen van de coprofiele inktkappaddestoel Coprinopsis cinerea fungeren als een gootsteen voor quorumdetectiesignalen van gramnegatieve bacteriën [16] en de productie van juveniele insectenhormonen door de schimmel Aspergillus nidulans [17].

De schimmel wordt vertegenwoordigd door zijn vegetatieve myceliumnetwerk dat voortkomt uit een spore (zwart ovaal) en een vruchtlichaam (paddestoel) dat uit dat netwerk voortkomt. De cirkels tonen close-ups van de concurrentie tussen schimmeldraden en bacteriën (links) en predatie door schimmeletende nematoden (rechts) en de inductie van respectieve schimmelafweereffectoren schimmelkernen worden weergegeven door grijze ovalen, extracellulaire antibacteriële afweereffectoren door rode vierkanten, en intracellulaire verdedigingseffectoren tegen nematoden door groene driehoeken. Specifieke voorbeelden van antibacteriële en antinematode effectoren en hun eigenschappen staan ​​vermeld in Tabel 1. Schimmelhyfen die de twee soorten afweereffectoren produceren, zijn respectievelijk gekleurd. Autonome en antagonist-afhankelijke productie van afweer-effectoren wordt aangegeven door respectievelijk dunne en dikke hyfen. De aangegeven ruimtelijke beperking van antagonist-afhankelijke productie van afweereffector in het schimmelmycelium is hypothetisch.


Genieten schimmels van straling?

Casadevall en zijn collega's hebben echter een theorie. Op basis van experimenten met drie verschillende soorten schimmels, geloven ze dat de melanine-bevattende rassen de hoge energieniveaus in ioniserende straling absorberen en op de een of andere manier veranderen in een biologisch bruikbare (en goedaardige) vorm, vergelijkbaar met een donkere en gevaarlijke versie van fotosynthese. "We konden een significante groei van de zwarte zien ten opzichte van de witte in een stralingsveld", zegt hij. "Dat is de observatie. Hoe je het interpreteert, is waar de interessante speculaties binnenkomen."

In een paper online gepubliceerd in PLoS One, Casadevall en zijn collega's melden dat ioniserende straling de elektronenstructuur van het melaninemolecuul verandert en dat schimmels met een natuurlijke melanineschil (het in de bodem levende Cladosporium sphaerospermum en gistachtige Wangiella dermatitidis rassen), die geen andere voedingsstoffen kregen, groeiden beter in aanwezigheid van straling. Ze melden ook dat schimmels werden geïnduceerd om een ​​melanineschil te produceren (de menselijke ziekteverwekker Cryptococcocus neoformans) groeide goed in dergelijke stralingsniveaus, in tegenstelling tot die zonder pigment. Verder een albino-mutante stam van W. dermatitidis niet zo goed gedijen als zijn zwarte neef bij blootstelling aan 500 keer de normale hoeveelheid ioniserende straling (nog steeds ver onder het stralingsniveau dat nodig is om taaie schimmelvormen te doden).

"Het vermoeden is altijd geweest dat we niet weten waarom truffels en andere schimmels zwart zijn", zegt Casadevall. "Als ze een primitief vermogen hebben om zonlicht te oogsten of een soort achtergrondstraling te oogsten, zouden veel van hen het gebruiken."

Melanine drinkt in ultraviolette stralen en fungeert als een natuurlijke zonnebrandcrème voor de menselijke huid. "Melanine is erg goed in het absorberen van energie en het vervolgens zo snel mogelijk weer afgeven", zegt Jennifer Riesz, een biofysicus aan de Universiteit van Queensland in Brisbane, Australië. "Het doet dit door de energie zeer efficiënt om te zetten in warmte."

Maar Casadevall en zijn collega Ekaterina Dadachova, een nucleair chemicus bij Einstein, speculeren dat de melanine in dit geval werkt als een step-down elektrische transformator, waardoor de energie wordt verzwakt totdat deze bruikbaar is voor de schimmels. "De energie wordt op een bepaald punt zo laag dat het al door een schimmel kan worden gebruikt als chemische energie", stelt Dadachova. "Bescherming speelt hier geen rol. Het is echte energieomzetting."

Mycologen en biofysici vinden het begrip zowel intrigerend als potentieel plausibel. "Aangezien melanine vaak wordt gebruikt door schimmels en andere organismen om zichzelf te beschermen tegen UV-straling, is het misschien niet verrassend dat melanine wordt aangetast door ioniserende straling", zegt Albert Torzilli, een mycoloog aan de George Mason University in Virginia, eraan toevoegend dat "de daaropvolgende verbetering van de groei, indien waar, is een nieuwe reactie."

Riesz is bijvoorbeeld sceptisch. "Het verbaast me niet dat schimmels die worden beschermd met hogere niveaus van melanine beter kunnen groeien wanneer ze worden blootgesteld aan [ioniserende straling], omdat de niet-beschermde schimmels meer kans hebben om door de straling te worden geschaad", zegt ze. "Echter, ik vind de bewering dat melanine betrokken is bij het opvangen en gebruiken van energie onwaarschijnlijk."

Er is meer onderzoek nodig om te bevestigen of schimmels het vermogen om te groeien door straling te oogsten aan hun lijst van schijnbare superkrachten kunnen toevoegen, maar het roept wel de vraag op of eetbare schimmels en paddestoelachtige paddestoelen deze functie al jaren onontdekt hebben. Als het waar is, zou melanine genetisch kunnen worden gemanipuleerd in fotosynthetische planten om hun productiviteit te verhogen, of melanine-dragende schimmels kunnen in kleding worden gebruikt om werknemers te beschermen tegen straling of zelfs in de ruimte worden gekweekt als voedsel voor astronauten. De groep plant verdere tests om te zien of schimmels met melanine ook andere golflengten van het elektromagnetische spectrum omzetten in energie.

"[Melanine] reflecteert geen licht, het gaat er allemaal in. Verdwijnt het allemaal in een zwart pigment en heeft het geen enkele zin? Biologie is ongelooflijk inventief", stelt Casadevall. Tenslotte gedijen extremofiele microben in de hitte en het zuur van hydrothermale bronnen onder de zee of leven ze van de straling van rottende radioactieve rotsen diep in de aardkorst. "Het is niet zo bizar", zegt Casadevall, dat schimmels de energie in ioniserende straling oogsten met behulp van melanine. Maar het is onverwacht en vreemd.


De verborgen virussen van het schimmelrijk

Er zijn talloze voorbeelden van plant-, dier- en bacteriële virussen die ernstige ziektesymptomen veroorzaken, soms met aanzienlijke sociaal-economische gevolgen. Virussen van schimmels, ook wel bekend als &lsquomycovirussen&rsquo, infecteren veel medisch en commercieel belangrijke schimmels, maar veroorzaken vaak geen duidelijke tekenen van ziekte.

Mycovirussen zijn mogelijk geëvolueerd om hun last voor schimmels te minimaliseren, omdat hun hele levenscyclus uitsluitend plaatsvindt binnenin hun gastheercel. In het bijzonder repliceren mycovirussen in schimmels, maar worden ze nooit door geïnfecteerde cellen in de omgeving vrijgegeven. Mycovirussen worden overgedragen naar een nieuwe gastheer door celdeling of cel-tot-cel fusie. Als een mycovirus dus een ernstige ziekte zou veroorzaken, zou dit hun eigen replicatie en verspreiding sterk beperken, aangezien hun overleving onlosmakelijk verbonden is met het succes van hun gastheer. De schijnbaar goedaardige aard van mycovirussen kan mogelijk hun wijdverbreide verspreiding door schimmels verklaren. Schimmels hebben echter niet "de welkomstmat uitgerold", omdat ze veel krachtige antivirale afweermechanismen opzetten om de replicatie en verspreiding van mycovirus te beperken. Evenzo kunnen mycovirussen de antivirale afweer van schimmels ondermijnen door middel van een verscheidenheid aan fascinerende mechanismen. De studie van mycovirussen biedt vele unieke wetenschappelijke en commerciële mogelijkheden, waaronder het gebruik van mycovirussen en hun toxines om pathogene schimmels te bestrijden, en als een modelsysteem om de fundamentele principes van virus- en gastheerinteracties te bestuderen.

Mycovirussen: aardige jongens eindigen als laatste

In tegenstelling tot virussen van planten, dieren en bacteriën die rond het begin van de 19e eeuw voor het eerst werden beschreven, ontgingen mycovirussen tot de jaren zestig detectie door wetenschappers. Dit kwam vooral omdat de meeste schimmels die zijn geïnfecteerd met mycovirussen geen kenmerken vertonen van een &lsquo-typische&rsquo virusinfectie, zoals cellysis of extracellulaire ziekteoverdracht. Mycovirussen van microscopisch kleine schimmels werden voor het eerst ontdekt in antibioticaproducerende stammen van de Penicillium geslacht. Deze mycovirussen werden alleen geïdentificeerd omdat hun dubbelstrengs RNA-genomen een immuunreactie opwekte bij dieren die experimenteel werden geïnjecteerd met extracten van geïnfecteerde Penicillium soort. Evenzo werden "killer-schimmels", die antischimmeltoxines produceren, beschreven ruim vóór de karakterisering van de mycovirussen die verantwoordelijk zijn voor de productie van toxines.

Intracellulaire biologische oorlogsvoering

Aanhoudende virusinfectie vereist dat een virus zich efficiënt repliceert en zich verspreidt binnen een gastheerpopulatie. Schimmels coderen voor een verscheidenheid aan antivirale mechanismen die zich richten op mycovirussen om deze processen te verstoren, terwijl mycovirussen tegenmaatregelen hebben ontwikkeld om ze te ondermijnen.

Een voorbeeld van een krachtig antiviraal mechanisme in schimmels is RNA-interferentie (RNAi), dat dubbelstrengs RNA's van mycovirus herkent en verwerkt, wat leidt tot remming van mycovirusreplicatie. Verstoring van RNAi in schimmels kan leiden tot overmatige mycovirusreplicatie, wat resulteert in de verval van schimmelkolonies. Van verschillende mycovirussen is bekend dat ze interfereren met schimmel-RNAi om de remming van hun replicatie te voorkomen. Bij afwezigheid van een actief RNAi-systeem is aangetoond dat schimmels alternatieve routes gebruiken om mycovirusinfectie te beperken. Bijvoorbeeld binnen Saccharomyces cerevisiae de SKI genen richten zich op mycovirus-RNA's voor afbraak. Mycovirussen teller SKI genen door hun RNA's te beschermen met gevouwen RNA-structuren, RNA-modificatie of door beschermende &lsquocaps&rsquo van gastheer-RNA's te stelen. &lsquoVegetatieve incompatibiliteit&rsquo is een ander treffend voorbeeld van hoe schimmels zichzelf beschermen tegen mycovirussen door cel-tot-cel fusie tussen niet-verwante schimmelsoorten te voorkomen.Dit creëert vaak een scheidslijn tussen twee onverenigbare schimmels, meestal als gevolg van celdood, waardoor de overdracht van mycovirus wordt geblokkeerd.

Vanuit evolutionair oogpunt is het bekend dat concurrerende interacties tussen virussen en gastheer selecteren op de accumulatie van mutaties die de gastheer of het virus ten goede komen. Als een mycovirus bijvoorbeeld een schimmeleiwit zou stelen om te helpen bij de replicatie ervan, zou evolutie selecteren op mutaties in het schimmeleiwit die de overname door het mycovirus zouden voorkomen. Geconfronteerd met een veranderd schimmeleiwit, kunnen compenserende mutaties optreden in het mycovirus die opnieuw de kaping van het schimmeleiwit mogelijk maken. Deze heen en weer antagonistische evolutionaire cyclus kan worden gezien als een biologische wapenwedloop, die leidt tot handtekeningen van evolutie die kunnen worden gedetecteerd door statistische methoden. Er zijn aanwijzingen voor een dynamiek van een wapenwedloop binnen schimmels, maar hun relevantie voor mycovirusinfectie moet nog worden onderzocht.

Killer-satellieten

De ontluikende gist S. cerevisiae is een belangrijke producent van gefermenteerde voedingsmiddelen en is chronisch geïnfecteerd met verschillende soorten mycovirussen. Als gevolg van infectie door mycovirussen, &lsquokiller&rsquo Saccharomyces gisten scheiden eiwittoxines af die concurrerende schimmels doden. In het laboratorium produceren killer-stammen gekweekt op vaste groeimedia dramatische heldere zones die vrij zijn van andere gisten. Deze schimmeldodende toxines worden geproduceerd door dubbelstrengige satelliet-RNA's die afhankelijk zijn van de Totiviridae familie van mycovirussen voor hun stabiel onderhoud. Satelliet-RNA's "stelen" eiwitten die door totivirussen worden geproduceerd en gebruiken ze voor hun eigen replicatie. Alleen totivirussen hebben een minimale impact op S. cerevisiae, maar de extra aanwezigheid van satelliet-RNA's is een belangrijk voorbeeld van een gunstig virussysteem.

Virale killertoxines zijn beschreven in veel schimmels, maar er zijn ook voorbeelden van killertoxines die worden geproduceerd uit dubbelstrengs DNA lineaire plasmiden en de genomen van sommige schimmels. Killertoxines kunnen een zeer breed gastheerbereik hebben en belangrijke ziekteverwekkers bij mensen en planten doden, maar het commerciële gebruik van deze toxines is vaak beperkt vanwege de lage milieustabiliteit, het smalle gastheerbereik en mogelijke toxische bijwerkingen. Er is echter enig succes geboekt bij de productie van nieuwe antischimmelantilichamen en peptiden die zijn afgeleid van killertoxines en het gebruik van killerschimmels als biologische bestrijdingsmiddelen in de landbouw.

Mycovirussen als een antischimmel-biocontrole

Er zijn een aanzienlijk aantal landbouwziekten die worden veroorzaakt door schimmelinvasie van economisch belangrijke planten. Kastanjeziekte is bijvoorbeeld een kankerverwekkende ziekte van: Castanea kastanjesoort, veroorzaakt door de schimmel Cryphonectria parasitica. De schimmel werd in de 19e eeuw vanuit Azië in de VS geïntroduceerd, wat uiteindelijk leidde tot het verlies van naar schatting een half miljard kastanjebomen, waardoor de boslandschappen van Noord-Amerika voor altijd veranderden. Microbiologische analyse van herstellende Amerikaanse kastanjebomen identificeerde stammen van Cryphonectria parasitica die hypovirulent waren (minder in staat om ziekte te veroorzaken). Hypovirulentie bleek te correleren met de aanwezigheid van een mycovirus van de familie Hypoviridae. Pogingen om de kastanjeziekte onder controle te houden, hebben hypovirulent gebruikt Cryphonectria parasitica om mycovirus naar pathogeen over te brengen Cryphonectria parasitica. Deze aanpak heeft wisselend succes gehad, aangezien de therapeutische resultaten afhankelijk lijken te zijn van factoren zoals de wijze van toediening van de behandeling en de vegetatieve onverenigbaarheid van hypovirulente Cryphonectria parasitica. De ontwikkeling van transgene hypovirulente Cryphonectria parasitica het verbeteren van de overdracht van mycovirussen is een gebied van actief onderzoek.

De bredere toepassing van mycovirus-gebaseerd beheer van pathogene schimmels is verder onderzoek waard, aangezien er veel voorbeelden zijn van mycovirus-afhankelijke hypovirulentie in pathogene schimmels van commercieel fruit, knollen en granen. Mycovirusinfectie kan echter leiden tot schimmelhypervirulentie (die beter in staat is ziekte te veroorzaken), en dus zou een uitgebreid begrip van de interacties tussen gastheer en ndashvirus mogelijke ongewenste uitkomsten van therapeutische mycovirusinfectie voorkomen en het nut van huidige therapieën vergroten.

Er zijn ongeveer 100.000 schimmelsoorten bekend (met naar schatting 0,8 tot 5,1 miljoen soorten in totaal), maar tot nu toe zijn er slechts ongeveer 250 mycovirussen ontdekt. Met de huidige hernieuwde focus op de ontwikkeling van nieuwe antimicrobiële verbindingen, zou de onaangeboorde diversiteit van mycovirussen mogelijk ons ​​begrip van de evolutie, het mechanisme en het nut van op mycovirus gebaseerde strategieën gericht tegen pathogene schimmels kunnen verbeteren.

PAUL A. ROWLEY

Afdeling Biologische Wetenschappen, Universiteit van Idaho, Moskou, ID 83844-3051, VS
[e-mail is beveiligd]
@DrPaulArowley

VERDER LEZEN

Ghabrial, S. (2013). Mycovirussen. Vooruitgang in virusonderzoek 86.

Xie, J. & Jiang, D. (2014). Nieuwe inzichten in mycovirussen en exploratie voor de biologische bestrijding van schimmelziekten bij gewassen. Annu Rev Phytopathol 52, 45&ndash68.

Afbeelding: Mycovirussen groeien op medium. Paul Rowley. Circulaire kolonies van killer S. cerevisiae die een viraal killertoxine produceren dat de groei van een concurrerende giststam voorkomt. Paul Rowley. De structuur van het L-A totivirus-capside van S. cerevisiae, dat het virale dubbelstrengs RNA-genoom bevat. Paul Rowley..


Dodelijke schimmels zijn de nieuwste opkomende microbe-bedreiging over de hele wereld

Maryn McKenna is een journalist gespecialiseerd in volksgezondheid, mondiale gezondheid en voedselbeleid en senior fellow bij het Center for the Study of Human Health aan de Emory University. Ze is auteur, meest recentelijk, van Big Chicken: het ongelooflijke verhaal over hoe antibiotica de moderne landbouw creëerden en de manier waarop de wereld eet veranderde (Nationale geografische boeken, 2017).
Krediet: Nick Higgins

AUTEUR

Maryn McKenna is een journalist gespecialiseerd in volksgezondheid, mondiale gezondheid en voedselbeleid en senior fellow bij het Center for the Study of Human Health aan de Emory University. Ze is auteur, meest recentelijk, van Big Chicken: het ongelooflijke verhaal over hoe antibiotica de moderne landbouw creëerden en de manier waarop de wereld eet veranderde (Nationale geografische boeken, 2017).

Het was de vierde week van juni in 2020 en het midden van de tweede golf van de COVID-pandemie in de V.S. De 2,4 miljoen doden als gevolg van het nieuwe coronavirus naderden de 125.000. In zijn thuiskantoor in Atlanta keek Tom Chiller op van zijn e-mails en wreef zijn handen over zijn gezicht en kaalgeschoren hoofd.

Chiller is een arts en epidemioloog en, in normale tijden, een afdelingschef van de Amerikaanse centra voor ziektebestrijding en -preventie, verantwoordelijk voor de sectie die gezondheidsbedreigingen door schimmels zoals schimmels en gisten bewaakt. Hij had die specialiteit in maart aan de kant geschoven toen de VS de omvang van de dreiging van het nieuwe virus begonnen in te zien, toen New York City op slot ging en de CDC bijna al zijn duizenden werknemers vertelde om vanuit huis te werken. Sindsdien maakte Chiller deel uit van de frustrerende, belemmerde inspanningen van de volksgezondheidsinstantie tegen COVID. De medewerkers hadden samengewerkt met de gezondheidsafdelingen van de staat, waarbij ze meldingen van gevallen en sterfgevallen bijhielden en wat rechtsgebieden moesten doen om veilig te blijven.

Chiller schudde zijn uitputting van zich af en concentreerde zich weer op zijn in-box. Daarin lag een bulletin dat door een van zijn medewerkers was doorgestuurd en waardoor hij rechtop ging zitten en op zijn tanden knarste. Ziekenhuizen in de buurt van Los Angeles die een aanval van COVID afhandelden, meldden een nieuw probleem: sommige van hun patiënten hadden extra infecties ontwikkeld, met een schimmel genaamd Candida auris. De staat was in de hoogste staat van paraatheid.

Chiller wist er alles van C. aurisEn daar misschien meer over dan wie dan ook in de VS. Bijna precies vier jaar eerder hadden hij en de CDC een dringend bulletin naar ziekenhuizen gestuurd met de mededeling dat ze op hun hoede moesten zijn. De schimmel was nog niet in de VS verschenen, maar Chiller was aan het kletsen met leeftijdsgenoten in andere landen en had gehoord wat er gebeurde toen de microbe hun gezondheidszorgsysteem binnendrong. Het verzette zich tegen behandeling door de meeste van de weinige medicijnen die ertegen konden worden gebruikt. Het gedijde op koude harde oppervlakken en lachte om schoonmaakchemicaliën. Sommige ziekenhuizen waar het landde, moesten apparatuur en muren weghalen om het te verslaan. Het veroorzaakte snel verspreidende uitbraken en doodde tot tweederde van de mensen die het opliepen.

Kort na die waarschuwing C. auris kwam de VS binnen Voor het einde van 2016 hebben 14 mensen het gecontracteerd en zijn er vier overleden. Sindsdien volgde de CDC zijn beweging en classificeerde het als een van een klein aantal gevaarlijke ziekten waarover artsen en gezondheidsafdelingen het bureau moesten informeren. Tegen het einde van 2020 waren er meer dan 1.500 gevallen in de VS, in 23 staten. En toen arriveerde COVID, doodde mensen, overweldigde ziekenhuizen en verlegde alle inspanningen op het gebied van de volksgezondheid naar het nieuwe virus en weg van andere malafide organismen.

Maar vanaf het begin van de pandemie had Chiller zich ongemakkelijk gevoeld over de mogelijke kruising met schimmelinfecties. De eerste COVID-casusrapporten, gepubliceerd door Chinese wetenschappers in internationale tijdschriften, beschreven patiënten als catastrofaal ziek en overgebracht naar de intensive care: farmaceutisch verlamd, aangesloten op ventilatoren, ingeregen met I.V. lijnen, geladen met medicijnen om infectie en ontsteking te onderdrukken. Die hectische interventies zouden hen kunnen redden van het virus, maar immuundempende medicijnen zouden hun aangeboren afweer uitschakelen, en breedspectrumantibiotica zouden nuttige bacteriën doden die binnendringende microben onder controle houden. Patiënten zouden buitengewoon kwetsbaar zijn voor andere ziekteverwekkers die in de buurt op de loer liggen.

Chiller en zijn collega's begonnen stilletjes contact op te nemen met collega's in de VS en Europa en vroegen om eventuele waarschuwingssignalen dat COVID dodelijke schimmels voet aan de grond zou zetten. Berichten over besmettingen druppelden terug uit India, Italië, Colombia, Duitsland, Oostenrijk, België, Ierland, Nederland en Frankrijk. Nu doken dezelfde dodelijke schimmels ook op bij Amerikaanse patiënten: de eerste tekenen van een tweede epidemie, gelaagd bovenop de virale pandemie. En het was niet alleen C. auris. Nog een dodelijke schimmel genaamd Aspergillus begon ook zijn tol te eisen.

&ldquoDit zal overal wijdverbreid zijn,&rdquo, zegt Chiller. &ldquoWe denken niet dat we dit zullen kunnen bevatten.&rdquo

We denken waarschijnlijk aan schimmels, als we er al aan denken, als kleine overlast: schimmel op kaas, meeldauw op schoenen die achter in de kast worden geschoven, paddenstoelen die in de tuin opkomen na harde regenval. We merken ze op, en dan schrapen we ze of stof ze weg, zonder door te hebben dat we te maken hebben met de fragiele randen van een web dat de planeet samenbindt. Schimmels vormen hun eigen biologische koninkrijk van ongeveer zes miljoen verschillende soorten, variërend van gewone metgezellen zoals bakgist tot wilde exoten. Ze verschillen op complexe manieren van de andere koninkrijken. In tegenstelling tot dieren hebben ze celwanden in tegenstelling tot planten, ze kunnen hun eigen voedsel niet maken, in tegenstelling tot bacteriën, ze houden hun DNA in een kern en verpakken cellen met organellen en mdash-kenmerken waardoor ze, op cellulair niveau, vreemd op ons lijken. * Schimmels breken rotsen, planten voeden, wolken zaaien, onze huid omhullen en ons lef verpakken, een grotendeels verborgen en niet-geregistreerde wereld die naast ons en in ons leeft.

In september 2018 had Torrence Irvin uit Patterson, Californië, het gevoel alsof hij verkouden was. Zeven maanden later had hij 75 procent van zijn longcapaciteit verloren. Irvin had dalkoorts, een schimmelinfectie, en zijn leven werd gered door een experimenteel medicijn. Krediet: Timothy Archibald

Die onderlinge coëxistentie raakt nu uit balans. Schimmels schieten voorbij de klimaatzones waarin ze lang hebben gewoond, passen zich aan aan omgevingen die ooit vijandig zouden zijn geweest, en leren nieuw gedrag waardoor ze op nieuwe manieren tussen soorten kunnen springen. Terwijl ze die manoeuvres uitvoeren, worden ze steeds succesvollere ziekteverwekkers, die een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid op manieren die ze voorheen niet konden bereiken.

Surveillance die ernstige schimmelinfecties identificeert, is fragmentarisch, en dus is elk aantal waarschijnlijk een ondertelling. Maar volgens een algemeen gedeelde schatting zijn er wereldwijd mogelijk 300 miljoen mensen besmet met schimmelziekten en sterven er elk jaar 1,6 miljoen mensen, meer dan malaria en evenveel als tuberculose. Alleen al in de VS schat de CDC dat jaarlijks meer dan 75.000 mensen in het ziekenhuis worden opgenomen voor een schimmelinfectie, en nog eens 8,9 miljoen mensen zoeken een polikliniekbezoek, wat ongeveer $ 7,2 miljard per jaar kost.

Voor artsen en epidemiologen is dit verrassend en zenuwslopend. Langdurige medische doctrine stelt dat we worden beschermd tegen schimmels, niet alleen door gelaagde immuunafweer, maar omdat we zoogdieren zijn, met een kerntemperatuur die hoger is dan de voorkeur van schimmels. De koelere buitenoppervlakken van ons lichaam lopen het risico van kleine aanvallen, denk aan voetschimmel, schimmelinfecties, ringworm, maar bij mensen met een gezond immuunsysteem zijn invasieve infecties zeldzaam.

Dat heeft ons misschien overmoedig gemaakt. "We hebben een enorme blinde vlek", zegt Arturo Casadevall, arts en moleculair microbioloog aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health. &ldquo Loop de straat op en vraag mensen waar ze bang voor zijn, en ze zullen je vertellen dat ze bang zijn voor bacteriën, ze zijn bang voor virussen, maar ze zijn niet bang om dood te gaan aan schimmels.&rdquo

Ironisch genoeg zijn het onze successen die ons kwetsbaar hebben gemaakt. Schimmels exploiteren beschadigde immuunsystemen, maar vóór het midden van de 20e eeuw leefden mensen met een verminderde immuniteit niet lang. Sindsdien is de geneeskunde er heel goed in geworden om zulke mensen in leven te houden, ook al is hun immuunsysteem aangetast door ziekte of kankerbehandeling of leeftijd. Het heeft ook een reeks therapieën ontwikkeld die opzettelijk de immuniteit onderdrukken, om ontvangers van transplantaties gezond te houden en auto-immuunziekten zoals lupus en reumatoïde artritis te behandelen. Er leven nu dus enorme aantallen mensen die bijzonder kwetsbaar zijn voor schimmels. (Het was een schimmelinfectie, Pneumocystis carinii longontsteking, die artsen in juni 40 jaar geleden op de hoogte bracht van de eerste bekende gevallen van hiv.)

Niet al onze kwetsbaarheid is de schuld van medicijnen die het leven zo succesvol in stand houden. Andere menselijke acties hebben meer deuren geopend tussen de schimmelwereld en de onze. We maken land vrij voor gewassen en vestiging en verstoren de stabiele evenwichten tussen schimmels en hun gastheren. We vervoeren goederen en dieren over de hele wereld, en schimmels liften erop. We drenken gewassen met fungiciden en verhogen de weerstand van organismen die in de buurt leven. We ondernemen acties die het klimaat opwarmen, en schimmels passen zich aan, waardoor de kloof tussen hun voorkeurstemperatuur en de onze die ons zo lang beschermde, kleiner werd.

Maar schimmels kwamen niet vanuit een vreemde plaats op onze grasmat. Ze waren altijd bij ons, verweven door ons leven en onze omgeving en zelfs ons lichaam: elke dag inhaleert elke persoon op de planeet minstens 1.000 schimmelsporen. Het is niet mogelijk om ons af te sluiten van het schimmelrijk. Maar wetenschappers proberen dringend de talloze manieren te begrijpen waarop we onze afweer tegen de microben hebben ontmanteld, om betere manieren te vinden om ze weer op te bouwen.

Het is verbijsterend dat wij mensen ons zo veilig hebben gevoeld voor schimmels, terwijl we al eeuwen weten dat onze gewassen kunnen worden verwoest door hun aanvallen. In de jaren 1840 een schimmelachtig organisme, Phytophthora infestans, vernietigde de Ierse aardappeloogst meer dan een miljoen mensen, een achtste van de bevolking, stierven van de honger. (De microbe, die vroeger als een schimmel werd beschouwd, wordt nu geclassificeerd als een zeer vergelijkbaar organisme, een waterschimmel.) In de jaren 1870 werd koffiebladroest, Hemileia vastatrix, koffieplanten in heel Zuid-Azië uitgeroeid, de koloniale landbouw van India en Sri Lanka volledig opnieuw ordenend en de koffieproductie naar Midden- en Zuid-Amerika overgebracht. Schimmels zijn de reden dat in de jaren twintig miljarden Amerikaanse kastanjebomen uit de bossen van de Appalachen in de VS zijn verdwenen en dat in de jaren veertig miljoenen stervende Nederlandse iepen uit Amerikaanse steden zijn gekapt. Ze vernietigen elk jaar een vijfde van 's werelds voedselgewassen op het veld.

Maar jarenlang heeft de geneeskunde gekeken naar de verwoestende schimmels die het plantenrijk aanrichten en nooit overwogen dat mensen of andere dieren evenveel risico lopen. "Plantenpathologen en boeren nemen schimmels heel serieus en hebben dat altijd gedaan, en de agribusiness heeft dat ook gedaan", zegt Matthew C. Fisher, hoogleraar epidemiologie aan het Imperial College London, wiens werk zich richt op het identificeren van opkomende schimmelbedreigingen. &ldquoMaar ze worden erg verwaarloosd vanuit het oogpunt van ziekten van wilde dieren en ook van ziekten bij de mens.&rdquo

Dus toen de wilde katten van Rio de Janeiro ziek begonnen te worden, dacht niemand er eerst aan waarom. Straatkatten hebben sowieso een zwaar leven, ze scharrelen, vechten en baren eindeloze nesten kittens. Maar in de zomer van 1998 begonnen tientallen en toen honderden buurtkatten gruwelijke verwondingen te vertonen: huilende zweren op hun poten en oren, vertroebelde gezwollen ogen, wat leek op tumoren die uit hun gezicht bloeiden. De katten van Rio leven vermengd met mensen: kinderen spelen met ze, en vooral in arme buurten moedigen vrouwen hen aan om in de buurt van huizen te blijven en met ratten en muizen om te gaan. Het duurde niet lang of sommige kinderen en moeders werden ook ziek. Ronde, korstige wonden op hun handen openden zich en harde rode bulten sleepten langs hun armen alsof ze een spoor volgden.

In 2001 realiseerden onderzoekers van de Oswaldo Cruz Foundation, een ziekenhuis en onderzoeksinstituut in Rio, zich dat ze in drie jaar tijd 178 mensen hadden behandeld, voornamelijk moeders en grootmoeders, voor soortgelijke knobbels en sijpelende laesies. Bijna allemaal hadden ze dagelijks contact met katten. Bij het analyseren van de infecties en die bij katten die werden behandeld in een nabijgelegen dierenartskliniek, vonden ze een schimmel genaamd Sporothrix.

De verschillende soorten van het geslacht Sporothrix leven in aarde en op planten. Deze schimmel wordt door een snee of kras in het lichaam gebracht en verandert in een ontluikende vorm die op een gist lijkt. In het verleden was de gistvorm niet overdraagbaar, maar in deze epidemie wel. Zo besmetten de katten elkaar en hun verzorgers: gisten in hun wonden en speeksel vlogen van kat naar kat als ze vochten of duwden of niesden. Katten gaven het door aan mensen via klauwen en tanden en liefkozingen. De infecties verspreiden zich van de huid naar de lymfeklieren en de bloedbaan en naar de ogen en inwendige organen. In casusrapporten verzameld door artsen in Brazilië, waren er verhalen over schimmelcysten die groeiden in de hersenen van mensen.

De schimmel met deze vaardigheid werd uitgeroepen tot een nieuwe soort, Sporothrix brasiliensis. In 2004 waren 759 mensen behandeld voor de ziekte bij de Cruz Foundation in 2011, het aantal was tot 4.100 mensen. Vorig jaar waren meer dan 12.000 mensen in Brazilië gediagnosticeerd met de ziekte over een strook van meer dan 2.500 mijl. Het heeft zich verspreid naar Paraguay, Argentinië, Bolivia, Colombia en Panama.

&ldquoDeze epidemie zal geen pauze nemen,&rdquo, zegt Fláacutevio Queiroz-Telles, een arts en universitair hoofddocent aan de Federale Universiteit van Paraná in Curitiba, die zijn eerste geval in 2011 zag. &ldquoHet breidt zich uit.&rdquo

Het was een raadsel hoe: wilde katten zwerven, maar ze migreren niet duizenden kilometers. Bij de CDC vermoedden Chiller en zijn collega's een mogelijk antwoord. In Brazilië en Argentinië is sporotrichose gevonden bij zowel ratten als katten. Geïnfecteerde knaagdieren kunnen ritjes maken op goederen die in zeecontainers worden vervoerd. Miljoenen van die containers landen elke dag op schepen die aanleggen in Amerikaanse havens. De schimmel zou naar de VS kunnen komen. Een zieke rat die uit een container ontsnapte, zou de infectie kunnen verspreiden in de stad rond een haven.

"In dichtbevolkte bevolkingscentra, waar veel wilde katten zijn, kon je een toename zien van extreem zieke katten die op straat rondzwerven", zegt John Rossow, een dierenarts bij het CDC, die misschien de eerste was die de mogelijke dreiging opmerkte van Sporothrix naar de VS & ldquo En aangezien wij Amerikanen niet kunnen vermijden om zwerfdieren te helpen, kan ik me voorstellen dat we veel overdracht naar mensen zullen zien.&rdquo

Voor een mycoloog als Chiller is dit soort verspreiding een waarschuwing: het schimmelrijk is in beweging, duwt tegen de grenzen, op zoek naar elk mogelijk voordeel in zijn zoektocht naar nieuwe gastheren. En dat we ze misschien helpen. &ldquo Schimmels leven, ze passen zich aan,&rdquo, zegt hij. Onder hun verscheidene miljoenen soorten, veroorzaken tot dusverre slechts ongeveer 300 waarvan we weten dat ze ziekten bij de mens veroorzaken. Dat is veel potentieel voor nieuwheid en andersheid, in dingen die al een miljard jaar bestaan.&rdquo

Torrence Irvin was 44 jaar oud toen zijn schimmelproblemen begonnen. Hij is een grote, gezonde man die op de middelbare school en op de universiteit een atleet was geweest. Hij woont in Patterson, Californië, een rustig stadje in de Central Valley, verscholen aan de Amerikaanse Route 5. Iets meer dan twee jaar eerder had Irvin een huis gekocht in een nieuwe onderafdeling en trok in bij zijn vrouw, Rhonda, en hun twee dochters. Hij was magazijnmanager voor de retailer Crate & Barrel en de omroeper voor lokale jeugdvoetbalwedstrijden.

In september 2018 begon Irvin het gevoel te krijgen dat hij een verkoudheid had opgelopen die hij niet kon afschudden. Hij doseerde zichzelf met Nyquil, maar naarmate de weken vorderden, voelde hij zich zwak en kortademig. Op een dag in oktober zakte hij in elkaar en viel op zijn knieën in zijn slaapkamer. Zijn dochter vond hem. Zijn vrouw stond erop dat ze naar de eerste hulp gingen.

Artsen dachten dat hij een longontsteking had. Ze stuurden hem naar huis met antibiotica en instructies om vrij verkrijgbare medicijnen te gebruiken. Hij werd zwakker en kon het eten niet binnenhouden. Hij ging naar andere artsen, terwijl hij steeds erger werd, last had van kortademigheid, nachtelijk zweten en gewichtsverlies vergelijkbaar met dat van een kankerslachtoffer. Van 280 pond kromp hij tot 150. Uiteindelijk leverde één test een antwoord op: een schimmelinfectie genaamd coccidioidomycose, meestal bekend als Valley fever. &ldquoTotdat ik het kreeg, had ik er nog nooit van gehoord,&rdquo, zegt hij.

Maar anderen hadden. Irvin werd doorverwezen naar de Universiteit van Californië, Davis, 100 mijl van zijn huis, waar een Centrum voor Valley Fever was gevestigd. De aandoening komt vooral voor in Californië en Arizona, de zuidpunt van Nevada, New Mexico en het uiterste westen van Texas. De microben erachter, Coccidioides immitis en Coccidioides posadasii, elk jaar ongeveer 150.000 mensen in dat gebied infecteren en buiten de regio is de infectie nauwelijks bekend. "Het is geen nationale ziekteverwekker en je krijgt het niet in het dichtbevolkte New York of Boston of D.C.", zegt George R. Thompson, mededirecteur van het Davis-centrum en de arts die toezicht begon te houden op Irvins zorg. "Dus zelfs artsen beschouwen het als een exotische ziekte. Maar in gebieden waar het endemisch is, is het heel gewoon.&rdquo

Gelijkwaardig aan Sporothrix, Coccidioides heeft twee vormen, te beginnen met een draadachtige, fragiele die in de grond bestaat en uit elkaar valt wanneer de grond wordt verstoord. De lichtgewicht componenten kunnen honderden kilometers op de wind blazen. Ergens in zijn leven in de Central Valley had Irvin een dosis ingeademd. De schimmel was in zijn lichaam veranderd in bolletjes vol met sporen die via zijn bloed migreerden en zijn schedel en ruggengraat infiltreerden. Om hem te beschermen, produceerde zijn lichaam littekenweefsel dat verstijfde en zijn longen blokkeerde. Tegen de tijd dat hij onder de zorg van Thompson kwam, zeven maanden nadat hij voor het eerst was ingestort, ademde hij met slechts 25 procent van zijn longcapaciteit. Hoe levensbedreigend dat ook was, Irvin had toch geluk: in ongeveer één op de 100 gevallen groeit de schimmel levensbedreigende massa's in organen en de vliezen rond de hersenen.

Irvin had alle goedgekeurde behandelingen ondergaan. Er zijn slechts vijf klassen antischimmelmiddelen, een klein aantal vergeleken met de meer dan 20 klassen antibiotica om bacteriën te bestrijden. Antischimmelmedicijnen zijn er zo weinig, deels omdat ze moeilijk te ontwerpen zijn: omdat schimmels en mensen op cellulair niveau vergelijkbaar zijn, is het een uitdaging om een ​​medicijn te maken dat ze kan doden zonder ons ook te doden.

Het is zo uitdagend dat er slechts om de 20 jaar een nieuwe klasse antischimmelmiddelen op de markt komt: de polyeenklasse, inclusief amfotericine B, in de jaren vijftig, de azolen in de jaren tachtig en de echinocandine-medicijnen, de nieuwste remedie, die in 2001 begon. ( Er is ook terbinafine, dat meestal wordt gebruikt voor uitwendige infecties, en flucytosine, dat meestal wordt gebruikt in combinatie met andere geneesmiddelen.)

Voor Irvin werkte niets goed genoeg. "Ik was een skelet", herinnert hij zich. & ldquo Mijn vader zou op bezoek komen en daar zitten met tranen in zijn ogen. Mijn kinderen wilden me niet zien.&rdquo

In een laatste poging kreeg het Davis-team Irvin een nieuw medicijn genaamd olorofim. Het is gemaakt in het VK en is nog niet op de markt, maar er stond een klinische proef open voor patiënten bij wie elk ander medicijn had gefaald. Irvin kwalificeerde zich. Bijna zodra hij het ontving, begon hij de hoek om te slaan. Zijn wangen vulden zich. Hij hees zichzelf overeind met een rollator. Binnen een paar weken ging hij naar huis.

Dalkoorts komt nu acht keer vaker voor dan 20 jaar geleden. Die periode valt samen met meer migratie naar de zuidwest- en westkust en meer huizenbouw, meer opschudding van de bodem, ook met toename van heet, droog weer in verband met klimaatverandering. &ldquoCoccidioides is echt gelukkig in natte grond, vormt geen sporen en is dus niet bijzonder besmettelijk,' zegt Thompson. &ldquoTijdens perioden van droogte vormen zich dan de sporen. En we hebben het afgelopen decennium ontzettend veel droogte gehad.&rdquo

Omdat dalkoorts altijd een woestijnziekte is geweest, gingen wetenschappers ervan uit dat de schimmeldreiging in die gebieden zou blijven. Maar dat is aan het veranderen. In 2010 kregen drie mensen Valley Fever in het oosten van de staat Washington, 900 mijl naar het noorden: een 12-jarige die in een canyon had gespeeld en de sporen had ingeademd, een 15-jarige die van een ATV viel en liep door zijn wonden dalkoorts op, en een 58-jarige bouwvakker wiens infectie naar zijn hersenen ging. Onderzoek dat twee jaar geleden is gepubliceerd, toont aan dat dergelijke gevallen routine zouden kunnen worden. Morgan Gorris, een wetenschapper op het gebied van aardsystemen bij het Los Alamos National Laboratory, gebruikte scenario's voor klimaatopwarming om te voorspellen hoeveel van de VS vriendelijk territorium zou kunnen worden voor Coccidioides tegen het einde van deze eeuw. In het scenario met de hoogste temperatuurstijging, bereikt het gebied met omstandigheden die bevorderlijk zijn voor valleikoorts en mdasha een gemiddelde jaarlijkse temperatuur van 10,7 graden Celsius (51 graden Fahrenheit) en een gemiddelde jaarlijkse regenval van minder dan 600 millimeter (23,6 inch) en reikt tot aan de Canadese grens en bedekt het grootste deel van de wereld. van de westelijke VS

Irvin is bijna twee jaar bezig geweest om te herstellen, hij slikt nog steeds zes pillen olorifim per dag en verwacht dat voor onbepaalde tijd te doen. Hij kreeg weer gewicht en kracht, maar zijn longen zijn nog steeds beschadigd en hij is gehandicapt. &ldquoIk leer hiermee leven,&rdquo, zegt hij. &ldquoIk zal er de rest van mijn leven mee te maken hebben.&rdquo

Dodelijk duo van schimmels infecteert meer mensen. Coccidioides immitis veroorzaakt dalkoorts en het verspreidingsgebied verspreidt zich buiten het zuidwesten, waar het voor het eerst werd geïdentificeerd (bovenkant). Aspergillus fumigatus komt voor in veel omgevingen en kan dodelijk zijn voor mensen die lijden aan griep of COVID (onderkant). Krediet: wetenschappelijke bron

S porothrix een nieuwe manier gevonden om zichzelf over te dragen. Dalkoorts breidde zich uit tot een nieuwe reeks. C. auris, de schimmel die profiteerde van COVID, voerde een vergelijkbare truc uit en maakte gebruik van niches die waren geopend door de chaos van de pandemie.

Die schimmel was al een slechte acteur. Het gedroeg zich niet zoals andere pathogene gisten, die rustig in iemands darm leven en naar hun bloed of slijmvliezen stromen als hun immuunsysteem uit balans raakt. Ergens in het eerste decennium van de eeuw, C. auris kreeg het vermogen om direct van persoon tot persoon over te gaan. Het leerde leven van metaal, plastic en de ruwe oppervlakken van stof en papier. Toen de eerste aanval van COVID een tekort aan wegwerpmaskers en jassen veroorzaakte, dwong het gezondheidswerkers om uitrusting die ze gewoonlijk tussen patiënten weggooien, opnieuw te gebruiken om te voorkomen dat ze infecties bij zich dragen. En C. auris was klaar.

In New Delhi las arts en microbioloog Anuradha Chowdhary de vroege casusrapporten en was ontsteld dat COVID evenzeer een ontstekingsziekte als een ademhalingsziekte leek te zijn. De routinematige medische reactie op ontstekingen zou zijn om de immuunrespons van de patiënt te dempen met behulp van steroïden. Dat zou ervoor zorgen dat patiënten worden binnengevallen door schimmels, realiseerde ze zich. C. auris, dodelijk en hardnekkig, was al geïdentificeerd in ziekenhuizen in 40 landen op elk continent behalve Antarctica. Als gezondheidswerkers het organisme onbewust op hergebruikte kleding door hun ziekenhuizen zouden dragen, zou er een vuurzee ontstaan.

"Ik dacht: "O, god, de IC's zullen overladen worden met patiënten en het infectiebeheersingsbeleid zal in het gedrang komen", zei ze onlangs. &ldquoIn elke I.C.U. waar C. auris al aanwezig is, gaat het een ravage aanrichten.&rdquo

Chowdhary publiceerde vroeg in de pandemie een waarschuwing aan andere artsen in een medisch tijdschrift. Binnen een paar maanden schreef ze een update: een IC met 65 bedden. in New Delhi was binnengevallen door C. auris, en tweederde van de patiënten die de gist opliepen nadat ze met COVID waren opgenomen, stierf. In de VS wees het bulletin dat Chiller ontving enkele honderden gevallen aan in ziekenhuizen en instellingen voor langdurige zorg in Los Angeles en het nabijgelegen Orange County, en een enkel ziekenhuis in Florida maakte bekend dat het er 35 herbergde. Waar er een paar waren, nam de CDC aan dat dat er meer waren, maar dat routinematige testen, hun sleutelgat in de sluipende verspreiding van het organisme, waren opgegeven onder het overwerk van de zorg voor pandemische patiënten.

Hoe erg dat ook was, artsen die bekend waren met schimmels keken uit naar een grotere bedreiging: de versterking van een andere schimmel waar COVID een voordeel aan zou kunnen geven.

In de natuur, Aspergillus fumigatus doet dienst als schoonmaakploeg. Het stimuleert het verval van vegetatie en voorkomt dat de wereld wordt ondergedompeld in dode planten en herfstbladeren. Maar in de geneeskunde, Aspergillus staat bekend als de oorzaak van een opportunistische infectie die ontstaat wanneer een aangetast menselijk immuunsysteem zijn sporen niet kan wegvagen. Bij mensen die al ziek zijn, schommelt het sterftecijfer van invasieve aspergillose rond de 100 procent.

Tijdens de 2009 pandemie van H1N1 vogelgriep, Aspergillus begon het vinden van nieuwe slachtoffers, gezonde mensen wiens enige onderliggende ziekte griep was. In ziekenhuizen in Nederland arriveerde een reeks grieppatiënten die niet konden ademen en in shock raakten. Binnen enkele dagen stierven ze. In 2018 kwam wat artsen invasieve pulmonale aspergillose noemden voor bij een op de drie patiënten die ernstig ziek waren met griep en tot tweederde van hen doodde.

Toen kwam het coronavirus. Het schuurde het binnenste longoppervlak zoals griep dat doet. Waarschuwingsnetwerken die infectieziekteartsen en mycologen over de hele wereld met elkaar verbinden, verlichtten met verhalen over aspergillose die patiënten met COVID had gedood: in China, Frankrijk, België, Duitsland, Nederland, Oostenrijk, Ierland, Italië en Iran. Een even uitdagende complicatie als: C. auris was, Aspergillus was erger. C. auris schuilt in ziekenhuizen. De plaats waar patiënten werden blootgesteld aan Aspergillus was, nou ja, overal. Er was geen manier om de sporen uit de omgeving te verwijderen of te voorkomen dat mensen ze inademen.

In Baltimore was arts Kieren Marr zich terdege bewust van het gevaar. Marr is hoogleraar geneeskunde en oncologie aan het Johns Hopkins Medical Center en geeft leiding aan de afdeling over transplantatie en oncologische infectieziekten. De infecties die zich voordoen bij mensen die een nieuw orgaan hebben gekregen of een beenmergtransplantatie hebben ondergaan, zijn voor haar bekend terrein. Toen COVID arriveerde, was ze bezorgd dat Aspergillus zou toenemen en zou betekenen dat Amerikaanse ziekenhuizen, die niet alert zijn op de dreiging, deze zouden missen. Johns Hopkins begon met het testen van COVID-patiënten in zijn I.C.U. met het soort moleculaire diagnostische tests dat in Europa wordt gebruikt, proberen de infectie op tijd in te halen om te proberen deze te behandelen. In de vijf ziekenhuizen die het Johns Hopkins-systeem gebruikt, bleek dat een op de 10 mensen met ernstige COVID aspergillose ontwikkelde.

Verschillende patiënten stierven, waaronder één wiens aspergillose naar de hersenen ging. Marr vreesde dat er in het hele land vele anderen waren zoals die patiënt wiens ziekte niet op tijd werd ontdekt. &ldquoDit is erg,&rdquo, zei Marr dit voorjaar. &ldquoAspergillus is op dit moment belangrijker in COVID dan C. auris. Zonder twijfel.&rdquo

De uitdaging bij het bestrijden van pathogene schimmels is niet alleen dat ze virulent en stiekem zijn, hoe slecht die eigenschappen ook zijn. Het is dat schimmels erg goed zijn geworden in het beschermen van zichzelf tegen drugs die we gebruiken om ze te doden.

Het verhaal is vergelijkbaar met dat van antibioticaresistentie. Geneesmiddelenmakers spelen een haasje-over en proberen de evolutionaire manoeuvres die bacteriën gebruiken om zichzelf tegen drugs te beschermen, voor te zijn. Voor schimmels is het verhaal hetzelfde, maar erger. Schimmelpathogenen worden resistent tegen antischimmelmiddelen, maar er zijn om te beginnen minder medicijnen, omdat de dreiging relatief recentelijk werd erkend.

"In het begin van de jaren 2000, toen ik overstapte van de academische wereld naar de industrie, was de pijplijn met antischimmelmiddelen nul", zegt John H. Rex, een arts en jarenlang pleitbezorger voor de ontwikkeling van antibiotica. Rex is chief medical officer van F2G, dat het nog niet goedgekeurde medicijn maakt dat Torrence Irvin nam. &ldquoEr waren nergens ter wereld antischimmelmiddelen in klinische of zelfs preklinische ontwikkeling.&rdquo

Dat is niet langer het geval, maar het onderzoek verloopt traag, want met antibiotica is de financiële beloning van het op de markt brengen van een nieuw medicijn onzeker. Maar het ontwikkelen van nieuwe medicijnen is van cruciaal belang omdat patiënten ze mogelijk maanden, soms jaren moeten gebruiken, en veel van de bestaande antischimmelmiddelen zijn giftig voor ons. (Amfotericine B wordt "schudden en bakken" genoemd vanwege de slopende bijwerkingen.) "Als arts kies je ervoor om een ​​schimmelinfectie aan te pakken ten koste van de nier", zegt Ciara Kennedy, president en CEO van Amplyx Pharmaceuticals, die een nieuw antischimmelmiddel in ontwikkeling heeft. &ldquoOf als ik de schimmelinfectie niet behandel, wetende dat de patiënt zal sterven.&rdquo

Het ontwikkelen van nieuwe medicijnen is ook van cruciaal belang omdat de bestaande hun effectiviteit verliezen. Irvin belandde in de olorofim-proef omdat zijn Valley Fever niet reageerde op de beschikbare medicijnen. C. auris vertoont al resistentie tegen geneesmiddelen in alle drie de belangrijkste antischimmelklassen. Aspergillus heeft resistentie opgebouwd tegen de antischimmelgroep die het meest geschikt is voor de behandeling ervan, bekend als de azolen, omdat het er zo aanhoudend aan wordt blootgesteld. Azolen worden over de hele wereld gebruikt, niet alleen in de landbouw om gewasziekten te bestrijden, maar ook in verven, kunststoffen en bouwmaterialen. In het haasje-over-een-spel staan ​​schimmels al vooraan.

Het beste antwoord op de verwoestingen van schimmels is niet behandeling maar preventie: geen medicijnen maar vaccins. Op dit moment bestaat er geen vaccin voor een schimmelziekte. Maar de moeilijkheid om patiënten langdurig te behandelen met giftige medicijnen, gecombineerd met duizelingwekkende aantallen gevallen, maakt het dringend om er een te vinden. En voor het eerst is er misschien een in zicht, zo niet binnen bereik.

De reden dat het aantal dalkoorts niet erger is dan ze zijn, wanneer 10 procent van de Amerikaanse bevolking in het endemische gebied woont, is dat infectie levenslange immuniteit verleent. Dat suggereert dat een vaccin mogelijk zou kunnen zijn sinds de jaren veertig onderzoekers hebben geprobeerd. Een prototype dat een gedode versie van het formulier gebruikte Coccidioides neemt het lichaam in & mdash-schimmelbolletjes vol met sporen & mdash werkte briljant in muizen. Maar het faalde jammerlijk bij mensen in een klinische proef in de jaren tachtig.

&ldquoWe deden het met weinig geld, en iedereen wilde dat het zou werken,&rdquo, zegt John Galgiani, nu professor en directeur van het Valley Fever Center for Excellence aan de University of Arizona College of Medicine, die 40 jaar geleden deel uitmaakte van dat onderzoek. &ldquoZelfs met [slechte] reacties en de studie die drie jaar duurde, hielden we 95 procent van de mensen die zich inschreven.&rdquo

Voer honden in. Ze hebben de hele tijd hun neuzen in het vuil, en daardoor lopen ze meer risico op dalkoorts dan mensen. In verschillende provincies van Arizona krijgt elk jaar bijna 10 procent van de honden de ziekte, en ze hebben meer kans om ernstige longblokkerende vormen te ontwikkelen dan mensen. Ze lijden vreselijk, en het is lang en duur om ze te behandelen. Maar de kwetsbaarheid van honden & mdash plus de lagere normen die federale agentschappen stellen om diergeneesmiddelen goed te keuren in vergelijking met die voor mensen & mdash, maakt ze tot een modelsysteem voor het testen van een mogelijk vaccin. En de passie van eigenaren voor hun dieren en hun bereidheid om hun portemonnee te legen wanneer ze kunnen, kunnen de mogelijkheid voor het eerst werkelijkheid maken.

Galgiani en zijn Arizona-groep werken nu aan een nieuwe vaccinformule, dankzij financiële donaties van honderden hondenbezitters, plus een boost van een subsidie ​​van de National Institutes of Health en commerciële hulp van een Californisch bedrijf, Anivive Lifesciences. Het testen is nog niet voltooid, maar het zou al volgend jaar op de markt kunnen komen voor gebruik bij honden. "Ik denk dat dit een proof-of-concept is voor een schimmelvaccin en dat het in gebruik is bij honden, aangezien het veilig is", zegt Lisa Shubitz, een dierenarts en onderzoekswetenschapper in het centrum van Arizona. &ldquoIk geloof echt dat dit de weg is naar een menselijk vaccin.&rdquo

Deze injectie is niet afhankelijk van een gedode dalkoortsschimmel. In plaats daarvan gebruikt het een levende versie van de schimmel waarvan een gen dat de sleutel is tot zijn voortplantingscyclus, CPS1, is verwijderd. Door het verlies kunnen de schimmels zich niet verspreiden. Het gen werd ontdekt door een team van plantenpathologen en werd later geïdentificeerd in Coccidioides door Marc Orbach van de Universiteit van Arizona, die gastheer-pathogeen-interacties bestudeert. Na het maken van een mutant Coccidioides met het gen verwijderd, infecteerden hij en Galgiani experimenteel laboratoriummuizen die waren gefokt om buitengewoon gevoelig te zijn voor de schimmel. De microbe veroorzaakte een sterke immuunreactie en activeerde type 1 T-helpercellen, die een duurzame immuniteit tot stand brengen. De muizen overleefden zes maanden en ontwikkelden geen symptomen van dalkoorts, hoewel het team ze probeerde te infecteren met ongewijzigde Coccidioides. Toen de onderzoekers de muizen aan het einde van die periode van een half jaar autopsie deden, ontdekten wetenschappers dat er bijna geen schimmel in hun longen groeide. Die langdurige bescherming tegen infectie maakt de schimmel met verwijderde genen de meest veelbelovende basis voor een vaccin sinds Galgiani's werk in de jaren tachtig. Maar het zal niet snel gaan om een ​​vaccin dat voor honden is ontwikkeld om te zetten in een vaccin dat bij mensen kan worden gebruikt.

De hondenformule valt onder de bevoegdheid van het Amerikaanse ministerie van landbouw, maar de goedkeuring van een menselijke versie zou worden gecontroleerd door de Amerikaanse Food and Drug Administration. Het zou klinische proeven vereisen die zich waarschijnlijk over jaren zouden uitstrekken en waarbij duizenden mensen betrokken zouden zijn in plaats van het kleine aantal dieren dat wordt gebruikt om de formule bij honden te valideren. In tegenstelling tot het prototype uit de jaren 80, is bij het nieuwe vaccin een levend organisme betrokken. Omdat er nog nooit een schimmelvaccin is goedgekeurd, is er geen vooraf vastgesteld evaluatietraject dat de ontwikkelaars of regelgevende instanties moeten volgen. &ldquoWe zouden het vliegtuig besturen en tegelijkertijd bouwen,&rdquo, zegt Galgiani.

Hij schat dat het vijf tot zeven jaar kan duren om een ​​vaccin tegen dalkoorts voor mensen te krijgen en ongeveer $ 150 miljoen, een investering die wordt gedaan tegen een onzekere belofte van inkomsten. Maar een succesvolle compound zou een breed nut kunnen hebben en zowel de permanente bewoners van het zuidwesten als het militair personeel op 120 bases en andere installaties in het endemische gebied beschermen, plus honderdduizenden &ldquosnowbird&rdquo-migranten die elke winter op bezoek komen. (Drie jaar geleden identificeerde de CDC gevallen van Valley-koorts in 14 staten buiten de endemische zone. De meeste waren in de winterperiode inwoners van het zuidwesten bij wie de diagnose werd gesteld nadat ze naar huis waren gegaan.) Volgens één schatting zou een vaccin mogelijk $ 1,5 miljard aan gezondheid kunnen besparen -zorgkosten per jaar.

"Ik zag de mogelijkheid niet dat we tien jaar geleden een vaccin zouden hebben", zegt Galgiani. &ldquoMaar ik denk dat het nu mogelijk is.&rdquo

Als het ene schimmelvaccin wordt bereikt, zou het de weg banen voor een ander. Als immunisaties wetenschappelijk succesvol zouden zijn, als doelwit van regulering en als vaccins die mensen bereid zouden zijn te accepteren, zouden we niet langer constant op onze hoede hoeven te zijn tegen het schimmelrijk. We zouden er naast en erin kunnen leven, veilig en vol vertrouwen, zonder angst voor de verwoestingen die het kan aanrichten.

Maar dat is nog jaren weg, en schimmels zijn nu in beweging: hun gewoonten veranderen, hun patronen veranderen, profiteren van noodsituaties zoals COVID om nieuwe slachtoffers te vinden. Bij de CDC is Chiller ongerust.

&ldquoDe afgelopen vijf jaar hadden we echt het gevoel dat we wakker werden met een heel nieuw fenomeen, een schimmelwereld die we gewoon niet gewend waren,&rdquo, zegt Chiller. &ldquoHoe blijven we daar bovenop? Hoe stellen we onszelf in vraag om te kijken naar wat er zou kunnen komen? We bestuderen deze opkomst niet als een academische oefening, maar omdat ze ons laten zien wat er zou kunnen komen. We moeten voorbereid zijn op meer verrassingen.&rdquo

* Noot van de redactie (6/9/21): Deze zin is herzien na het plaatsen om de beschrijving te corrigeren van hoe de cellen van schimmels verschillen van die van dieren.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd met de titel "Deadly Kingdom" in 324, 6, 26-35 (juni 2021)


Door Andrew R. Moldenke, Oregon State University

DE LEVENDE BODEM: geleedpotigen

Veel insecten, ook wel geleedpotigen genoemd, maken hun thuis in de grond. Ze danken hun naam aan hun gelede (arthros) benen (podos). Geleedpotigen zijn ongewervelde dieren, dat wil zeggen dat ze geen ruggengraat hebben en in plaats daarvan vertrouwen op een externe bedekking die een exoskelet wordt genoemd.

De 200 soorten mijten in deze microscoopopname werden geëxtraheerd uit één vierkante voet van de bovenste vijf centimeter bosafval en grond. Mijten zijn slecht bestudeerd, maar enorm belangrijk voor de afgifte van voedingsstoffen in de bodem.

Krediet: Val Behan-Pelletier, Landbouw en Agri-Food Canada. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Geleedpotigen variëren in grootte van microscopisch tot enkele centimeters lang. Ze omvatten insecten, zoals springstaarten, kevers en mieren, schaaldieren zoals zeugen, spinachtigen zoals spinnen en mijten, duizendpoten, zoals duizendpoten en miljoenpoten en schorpioenen.

Bijna elke bodem is de thuisbasis van veel verschillende soorten geleedpotigen. Bepaalde gronden met rijgewassen bevatten enkele tientallen soorten geleedpotigen in een vierkante mijl. Op een vierkante kilometer bosgrond kunnen enkele duizenden verschillende soorten leven.

Geleedpotigen kunnen worden gegroepeerd als versnipperaars, roofdieren, herbivoren en schimmelvoeders, op basis van hun functies in de bodem. De meeste in de bodem levende geleedpotigen eten schimmels, wormen of andere geleedpotigen. Wortelvoeders en dode plantenversnipperaars zijn minder talrijk. Terwijl ze zich voeden, beluchten en vermengen geleedpotigen de grond, reguleren ze de populatiegrootte van andere bodemorganismen en versnipperen ze organisch materiaal.

Versnipperaars

Veel grote geleedpotigen die vaak op het bodemoppervlak worden gezien, zijn versnipperaars. Shredders kauwen dood plantaardig materiaal op terwijl ze bacteriën en schimmels op het oppervlak van het plantaardig materiaal eten. De meest voorkomende versnipperaars zijn duizendpoten en zeugen, maar ook termieten, bepaalde mijten en kakkerlakken. In landbouwgronden kunnen shredders ongedierte worden door zich te voeden met levende wortels als er niet voldoende dood plantmateriaal aanwezig is.

Miljoenpoten worden ook Diplopoden genoemd omdat ze twee paar poten op elk lichaamssegment hebben. Ze zijn over het algemeen ongevaarlijk voor mensen, maar de meeste miljoenpoten beschermen zichzelf tegen roofdieren door een onaangename geur uit hun stinkdierklieren te spuiten. Deze in de woestijn levende gigantische duizendpoot is ongeveer 20 centimeter lang.
Orthoporus ornatus.

Krediet: David B. Richman, New Mexico State University, Las Cruces. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Sowbugs zijn verwanten van krabben en kreeften. Hun krachtige monddelen worden gebruikt om plantenresten en bladafval te fragmenteren.

Credit: Gerhard Eisenbeis en Wilfried Wichard. 1987. Atlas over de biologie van bodemgeleedpotigen. Springer-Verlag, New York. P. 111. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Roofdieren

Roofdieren en micropredators kunnen ofwel generalisten zijn, die zich voeden met veel verschillende soorten prooien, of specialisten, die op slechts één prooitype jagen. Roofdieren zijn onder meer duizendpoten, spinnen, loopkevers, schorpioenen, stinkdieren, pseudoschorpioenen, mieren en sommige mijten. Veel roofdieren eten ongedierte op gewassen en sommige, zoals kevers en sluipwespen, zijn ontwikkeld voor gebruik als commerciële biologische bestrijdingsmiddelen.

Deze 1/8 inch lange spin leeft in de buurt van het bodemoppervlak waar hij andere bodemgeleedpotigen aanvalt. De ogen van de spin bevinden zich op het puntje van het uitsteeksel boven zijn kop.
Walckenaera acuminata.

Credit: Gerhard Eisenbeis en Wilfried Wichard. 1987. Atlas over de biologie van bodemgeleedpotigen. Springer-Verlag, New York. P. 23. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

De wolfsspin dwaalt rond als een eenzame jager. De moederwolfspin draagt ​​haar jongen naar het water en voedt ze door oprispingen totdat ze klaar zijn om zelfstandig te jagen.

Krediet: Trygve Steen, Portland State University, Portland, Oregon. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

De pseudoschorpioen lijkt op een babyschorpioen, behalve dat hij geen staart heeft. Het produceert gif uit klieren in zijn klauwen en zijde uit zijn monddelen. Het leeft in de bodem en bladafval van graslanden, bossen, woestijnen en akkerlanden. Sommigen liften onder de vleugels van kevers.

Krediet: David B. Richman, New Mexico State University, Las Cruces. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Lange, slanke duizendpoten kruipen door ruimtes in de grond en jagen op regenwormen en andere dieren met een zachte huid. Duizendpootsoorten met langere poten zijn bekend in huis en in bladafval.

Credit: Nr. 40 van Bodemmicrobiologie en biochemie Slide Set. 1976. J.P. Martin, et al., eds. SSSA, Madison, Wisconsin. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Roofmijten jagen op nematoden, springstaarten, andere mijten en de larven van insecten. Deze mijt is 1/25 inch (1 mm) lang. Pergamasus sp.

Credit: Gerhard Eisenbeis en Wilfried Wichard. 1987. Atlas over de biologie van bodemgeleedpotigen. Springer-Verlag, New York. P. 83. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

De krachtige monddelen van de tijgerkever (een loopkever) maken hem tot een snel en dodelijk bodemroofdier. Veel soorten loopkevers komen veel voor in akkerland.

Credit: Cicindela campestris. DI McEwan/Aguila Wildlife Beelden. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Rugose harvester mieren zijn aaseters in plaats van roofdieren. Ze eten dode insecten en verzamelen zaden in graslanden en woestijnen waar ze 3 meter diep ingraven. Hun angel is 100 keer krachtiger dan die van een vuurmier. Pogonomyrmex rugosus.

Krediet: David B. Richman, New Mexico State University, Las Cruces. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Herbivoren

Talloze wortelvoedende insecten, zoals krekels, molkrekels en anthomyiid-vliegen (wortelmaden), leven een deel van hun hele leven in de bodem. Sommige herbivoren, waaronder wortelwormen en symphylanen, kunnen gewasplagen zijn waar ze in grote aantallen voorkomen en zich voeden met wortels of andere plantendelen.

De symphylan, een familielid van de duizendpoot, voedt zich met plantenwortels en kan een belangrijke plaag voor gewassen worden als de populatie niet wordt gecontroleerd door andere organismen.

Credit: Ken Gray Collection, Afdeling Entomologie, Oregon State University, Corvallis. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Schimmelvoeders

Geleedpotigen die grazen op schimmels (en tot op zekere hoogte bacteriën) omvatten de meeste springstaarten, sommige mijten en zilvervissen. Ze schrapen en consumeren bacteriën en schimmels van worteloppervlakken. Een groot deel van de voedingsstoffen die voor planten beschikbaar zijn, is het resultaat van microbiële begrazing en het vrijkomen van voedingsstoffen door de fauna.

Deze bleekgekleurde en blinde springstaart is typerend voor schimmelvoedende springstaarten die diep in de oppervlaktelaag van natuurlijke en landbouwgronden over de hele wereld leven.

Krediet: Andrew R. Moldenke, Oregon State University, Corvallis. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Oribatid-schildpadmijten behoren tot de meest talrijke micro-geleedpotigen. Deze millimeterlange soort voedt zich met schimmels. Euzetes globulus.

Credit: Gerhard Eisenbeis en Wilfried Wichard. 1987. Atlas over de biologie van bodemgeleedpotigen. Springer-Verlag, New York. P. 103. Neem contact op met de Soil and Water Conservation Society via [email protected] voor hulp bij auteursrechtelijk beschermde (gecrediteerde) afbeeldingen.

Wat zit er in uw bodem?

Als je wilt zien wat voor organismen er in je bodem zitten, kun je eenvoudig een valkuil maken om grote geleedpotigen te vangen, en een Burlese trechter om kleine geleedpotigen te vangen.

Maak een valkuil door een pot ter grootte van een halve liter (zoals een yoghurtbeker) in de grond te laten zinken, zodat de rand gelijk is met het grondoppervlak. Maak desgewenst een dak over de beker om de regen buiten te houden, en voeg 1/2 inch ongevaarlijke antivries toe aan de beker om de wezens te behouden en te voorkomen dat ze elkaar opeten. Laat een week op zijn plaats en wacht tot bodemorganismen in de val vallen.

Om een ​​Burlese trechter te maken, plaatst u een stuk van 1/4 inch stijf draadscherm in de bodem van een trechter om de grond te ondersteunen. (Je kunt een trechter maken door de bodem van een plastic frisdrankfles af te snijden.) Vul de trechter voor de helft met aarde en hang het boven een kopje met een beetje antivries of ethylalcohol op de bodem als conserveermiddel.

Hang een gloeilamp ongeveer 10 cm boven de grond om de organismen uit de grond en in de beker te drijven. Laat de lamp ongeveer 3 dagen aan om de grond uit te drogen. Giet vervolgens de alcohol in een ondiepe schaal en gebruik een vergrootglas om de organismen te onderzoeken.

Wat doen geleedpotigen?

Hoewel de plantenvoeders ongedierte kunnen worden, vervullen de meeste geleedpotigen gunstige functies in het bodem-plantsysteem.

Versnipper organisch materiaal. Geleedpotigen vergroten het oppervlak dat toegankelijk is voor microbiële aanvallen door dode plantenresten te versnipperen en zich in te graven in grof houtachtig puin. Zonder versnipperaars zou een bacterie in bladafval zijn als een persoon in een voorraadkast zonder blikopener & ndash eten zou een heel langzaam proces zijn. De shredders werken als blikopeners en verhogen de afbraaksnelheid aanzienlijk. Geleedpotigen nemen rottend plantaardig materiaal op om de bacteriën en schimmels op het oppervlak van het organische materiaal te eten.

Stimuleer microbiële activiteit. Als geleedpotigen op bacteriën en schimmels grazen, stimuleren ze de groei van mycorrhiza en andere schimmels en de afbraak van organisch materiaal. Als de grazerpopulaties te dicht worden, kan het tegenovergestelde effect optreden en zullen de populaties van bacteriën en schimmels afnemen. Roofzuchtige geleedpotigen zijn belangrijk om grazerpopulaties onder controle te houden en te voorkomen dat ze microben overbegrazen.

Meng microben met hun voedsel. Vanuit het oogpunt van een bacterie is slechts een fractie van een millimeter oneindig ver weg. Bacteriën hebben een beperkte mobiliteit in de bodem en een concurrent is waarschijnlijk dichter bij een schat aan voedingsstoffen. Geleedpotigen helpen door voedingsstoffen door de bodem te verdelen en door bacteriën op hun exoskelet en door hun spijsverteringsstelsel te dragen. Door microben grondiger met hun voedsel te mengen, verbeteren geleedpotigen de afbraak van organisch materiaal.

Mineraliseren van voedingsstoffen voor planten. Terwijl ze grazen, mineraliseren geleedpotigen een deel van de voedingsstoffen in bacteriën en schimmels en scheiden ze voedingsstoffen uit in voor planten beschikbare vormen.

Bodemaggregatie verbeteren. In de meeste beboste en graslandbodems is elk deeltje in de bovenste enkele centimeters bodem door de darm van talrijke bodemfauna gegaan. Elke keer dat de grond door een andere geleedpotige of regenworm gaat, wordt deze grondig gemengd met organisch materiaal en slijm en afgezet als fecale pellets. Fecale pellets zijn een sterk geconcentreerde voedingsbron en zijn een mengsel van de organische en anorganische stoffen die nodig zijn voor de groei van bacteriën en schimmels. In veel bodems zijn aggregaten tussen 1/10.000 en 1/10 inch (0,0025 mm en 2,5 mm) eigenlijk fecale pellets.

Hol. Relatief weinig soorten geleedpotigen graven zich door de bodem. Toch oefenen gravende geleedpotigen en regenwormen binnen elke bodemgemeenschap een enorme invloed uit op de samenstelling van de totale fauna door het vormgeven van het leefgebied. Ingraven verandert de fysieke eigenschappen van de bodem, waaronder porositeit, waterinfiltratiesnelheid en bulkdichtheid.

Stimuleren van de opeenvolging van soorten. Een duizelingwekkende reeks natuurlijke bio-organische chemicaliën doordringt de bodem. Volledige vertering van deze chemicaliën vereist een reeks van vele soorten bacteriën, schimmels en andere organismen met verschillende enzymen. Op elk moment is slechts een kleine subset van soorten metabolisch actief en alleen die soorten die in staat zijn om de middelen te gebruiken die momenteel beschikbaar zijn. Bodemgeleedpotigen consumeren de dominante organismen en laten andere soorten toe om naar binnen te trekken en hun plaats in te nemen, waardoor de geleidelijke afbraak van organisch bodemmateriaal wordt vergemakkelijkt.

Bestrijd ongedierte. Sommige geleedpotigen kunnen schadelijk zijn voor de gewasopbrengst, maar vele andere die in alle bodems voorkomen, eten of concurreren met verschillende wortel- en bladvoeders. Sommige (de specialisten) voeden zich met slechts één soort prooisoort. Andere geleedpotigen (de generalisten), zoals vele soorten duizendpoten, spinnen, loopkevers, kortschildkevers en gamasid-mijten, voeden zich met een breed scala aan prooien. Waar een gezonde populatie van generalistische predatoren aanwezig is, zullen ze beschikbaar zijn om een ​​verscheidenheid aan plaaguitbraken het hoofd te bieden. Een populatie roofdieren kan alleen in stand worden gehouden tussen plaaguitbraken als er een constante bron van niet-plaagprooien is om te eten. Dat wil zeggen, er moet een gezond en divers voedselweb zijn.

Een fundamenteel dilemma bij ongediertebestrijding is dat grondbewerking en toepassing van insecticiden enorme effecten hebben op niet-doelsoorten in het voedselweb. Intens landgebruik (vooral monocultuur, grondbewerking en pesticiden) put de bodemdiversiteit uit. Naarmate de totale bodemdiversiteit afneemt, nemen de roofdierpopulaties sterk af en neemt de kans op latere uitbraken van plagen toe.

Waar leven geleedpotigen?

De overvloed en diversiteit van de bodemfauna neemt aanzienlijk af met de bodemdiepte. De overgrote meerderheid van alle bodemsoorten is beperkt tot de bovenste drie centimeter. De meeste van deze wezens hebben beperkte mobiliteit en zijn waarschijnlijk in staat tot "cryptobiose", een staat van "opgeschorte animatie" die hen helpt extreme temperaturen, nattigheid of droogte te overleven die anders dodelijk zouden zijn.

Als algemene regel geldt dat grotere soorten actief zijn op het bodemoppervlak en tijdelijk hun toevlucht zoeken onder vegetatie, plantenresten, hout of rotsen. Veel van deze geleedpotigen pendelen dagelijks om te foerageren in kruidachtige vegetatie boven of zelfs hoog in het bladerdak van bomen. (Een van deze boomklimmers is bijvoorbeeld de rupsenzoeker die door boswachters wordt gebruikt om zigeunermot te bestrijden). Sommige grote soorten die in staat zijn om echt te graven, leven in de diepere lagen van de grond.

Onder ongeveer vijf centimeter in de grond is de fauna over het algemeen klein & ndash 1/250 tot 1/10 inch. (Vijfentwintig van de kleinste zouden in een periode op deze pagina passen.) Deze soorten zijn meestal blind en hebben geen opvallende kleur. Ze zijn in staat om door minuscule poriën en langs wortelkanalen te knijpen. Ondergrondse bodembewoners worden voornamelijk geassocieerd met de rhizosfeer (het bodemvolume direct grenzend aan de wortels).

Overvloed aan geleedpotigen

Een enkele vierkante meter grond zal 500 tot 200.000 individuele geleedpotigen bevatten, afhankelijk van het bodemtype, de plantengemeenschap en het managementsysteem. Ondanks deze grote aantallen is de biomassa van geleedpotigen in de bodem veel kleiner dan die van protozoa en nematoden.

In de meeste omgevingen zijn springstaarten en mijten de meest voorkomende bodembewoners, hoewel mieren en termieten in bepaalde situaties de overhand hebben, vooral in woestijn- en tropische bodems.Het grootste aantal geleedpotigen bevindt zich in natuurlijke plantengemeenschappen met weinig regenwormen (zoals naaldbossen). Natuurlijke gemeenschappen met veel regenwormen (zoals graslandbodems) hebben de minste geleedpotigen. Blijkbaar overtreffen regenwormen geleedpotigen, misschien door hun leefgebied overmatig te bewerken of incidenteel op te eten. Binnen weiden en landbouwgronden wordt echter algemeen aangenomen dat het aantal geleedpotigen en de diversiteit toenemen naarmate de populaties regenwormen toenemen. Gravende regenwormen creëren waarschijnlijk leefgebied voor geleedpotigen in landbouwbodems.

Bug Biografie: Springstaarten

Springstaarten zijn de meest voorkomende geleedpotigen in veel landbouw- en weidegronden. populaties van tienduizenden per vierkante meter komen vaak voor. Bij het foerageren lopen springstaarten met 3 paar poten zoals de meeste insecten, en houden hun staart strak onder de buik. Als het wordt aangevallen door een roofdier, stroomt lichaamsvloeistof in de staartbasis, waardoor de staart wordt gedwongen om naar beneden te slaan en de springstaart tot op een meter afstand te katapulteren. Van springstaarten is aangetoond dat ze gunstig zijn voor gewassen door voedingsstoffen af ​​te geven en door zich te voeden met ziekten veroorzaakt door schimmels.


Dodelijke schimmels zijn de nieuwste opkomende microbe-bedreiging over de hele wereld

Maryn McKenna is een journalist gespecialiseerd in volksgezondheid, mondiale gezondheid en voedselbeleid en senior fellow bij het Center for the Study of Human Health aan de Emory University. Ze is auteur, meest recentelijk, van Big Chicken: het ongelooflijke verhaal over hoe antibiotica de moderne landbouw creëerden en de manier waarop de wereld eet veranderde (Nationale geografische boeken, 2017).
Krediet: Nick Higgins

AUTEUR

Maryn McKenna is een journalist gespecialiseerd in volksgezondheid, mondiale gezondheid en voedselbeleid en senior fellow bij het Center for the Study of Human Health aan de Emory University. Ze is auteur, meest recentelijk, van Big Chicken: het ongelooflijke verhaal over hoe antibiotica de moderne landbouw creëerden en de manier waarop de wereld eet veranderde (Nationale geografische boeken, 2017).

Het was de vierde week van juni in 2020 en het midden van de tweede golf van de COVID-pandemie in de V.S. De 2,4 miljoen doden als gevolg van het nieuwe coronavirus naderden de 125.000. In zijn thuiskantoor in Atlanta keek Tom Chiller op van zijn e-mails en wreef zijn handen over zijn gezicht en kaalgeschoren hoofd.

Chiller is een arts en epidemioloog en, in normale tijden, een afdelingschef van de Amerikaanse centra voor ziektebestrijding en -preventie, verantwoordelijk voor de sectie die gezondheidsbedreigingen door schimmels zoals schimmels en gisten bewaakt. Hij had die specialiteit in maart aan de kant geschoven toen de VS de omvang van de dreiging van het nieuwe virus begonnen in te zien, toen New York City op slot ging en de CDC bijna al zijn duizenden werknemers vertelde om vanuit huis te werken. Sindsdien maakte Chiller deel uit van de frustrerende, belemmerde inspanningen van de volksgezondheidsinstantie tegen COVID. De medewerkers hadden samengewerkt met de gezondheidsafdelingen van de staat, waarbij ze meldingen van gevallen en sterfgevallen bijhielden en wat rechtsgebieden moesten doen om veilig te blijven.

Chiller schudde zijn uitputting van zich af en concentreerde zich weer op zijn in-box. Daarin lag een bulletin dat door een van zijn medewerkers was doorgestuurd en waardoor hij rechtop ging zitten en op zijn tanden knarste. Ziekenhuizen in de buurt van Los Angeles die een aanval van COVID afhandelden, meldden een nieuw probleem: sommige van hun patiënten hadden extra infecties ontwikkeld, met een schimmel genaamd Candida auris. De staat was in de hoogste staat van paraatheid.

Chiller wist er alles van C. aurisEn daar misschien meer over dan wie dan ook in de VS. Bijna precies vier jaar eerder hadden hij en de CDC een dringend bulletin naar ziekenhuizen gestuurd met de mededeling dat ze op hun hoede moesten zijn. De schimmel was nog niet in de VS verschenen, maar Chiller was aan het kletsen met leeftijdsgenoten in andere landen en had gehoord wat er gebeurde toen de microbe hun gezondheidszorgsysteem binnendrong. Het verzette zich tegen behandeling door de meeste van de weinige medicijnen die ertegen konden worden gebruikt. Het gedijde op koude harde oppervlakken en lachte om schoonmaakchemicaliën. Sommige ziekenhuizen waar het landde, moesten apparatuur en muren weghalen om het te verslaan. Het veroorzaakte snel verspreidende uitbraken en doodde tot tweederde van de mensen die het opliepen.

Kort na die waarschuwing C. auris kwam de VS binnen Voor het einde van 2016 hebben 14 mensen het gecontracteerd en zijn er vier overleden. Sindsdien volgde de CDC zijn beweging en classificeerde het als een van een klein aantal gevaarlijke ziekten waarover artsen en gezondheidsafdelingen het bureau moesten informeren. Tegen het einde van 2020 waren er meer dan 1.500 gevallen in de VS, in 23 staten. En toen arriveerde COVID, doodde mensen, overweldigde ziekenhuizen en verlegde alle inspanningen op het gebied van de volksgezondheid naar het nieuwe virus en weg van andere malafide organismen.

Maar vanaf het begin van de pandemie had Chiller zich ongemakkelijk gevoeld over de mogelijke kruising met schimmelinfecties. De eerste COVID-casusrapporten, gepubliceerd door Chinese wetenschappers in internationale tijdschriften, beschreven patiënten als catastrofaal ziek en overgebracht naar de intensive care: farmaceutisch verlamd, aangesloten op ventilatoren, ingeregen met I.V. lijnen, geladen met medicijnen om infectie en ontsteking te onderdrukken. Die hectische interventies zouden hen kunnen redden van het virus, maar immuundempende medicijnen zouden hun aangeboren afweer uitschakelen, en breedspectrumantibiotica zouden nuttige bacteriën doden die binnendringende microben onder controle houden. Patiënten zouden buitengewoon kwetsbaar zijn voor andere ziekteverwekkers die in de buurt op de loer liggen.

Chiller en zijn collega's begonnen stilletjes contact op te nemen met collega's in de VS en Europa en vroegen om eventuele waarschuwingssignalen dat COVID dodelijke schimmels voet aan de grond zou zetten. Berichten over besmettingen druppelden terug uit India, Italië, Colombia, Duitsland, Oostenrijk, België, Ierland, Nederland en Frankrijk. Nu doken dezelfde dodelijke schimmels ook op bij Amerikaanse patiënten: de eerste tekenen van een tweede epidemie, gelaagd bovenop de virale pandemie. En het was niet alleen C. auris. Nog een dodelijke schimmel genaamd Aspergillus begon ook zijn tol te eisen.

&ldquoDit zal overal wijdverbreid zijn,&rdquo, zegt Chiller. &ldquoWe denken niet dat we dit zullen kunnen bevatten.&rdquo

We denken waarschijnlijk aan schimmels, als we er al aan denken, als kleine overlast: schimmel op kaas, meeldauw op schoenen die achter in de kast worden geschoven, paddenstoelen die in de tuin opkomen na harde regenval. We merken ze op, en dan schrapen we ze of stof ze weg, zonder door te hebben dat we te maken hebben met de fragiele randen van een web dat de planeet samenbindt. Schimmels vormen hun eigen biologische koninkrijk van ongeveer zes miljoen verschillende soorten, variërend van gewone metgezellen zoals bakgist tot wilde exoten. Ze verschillen op complexe manieren van de andere koninkrijken. In tegenstelling tot dieren hebben ze celwanden in tegenstelling tot planten, ze kunnen hun eigen voedsel niet maken, in tegenstelling tot bacteriën, ze houden hun DNA in een kern en verpakken cellen met organellen en mdash-kenmerken waardoor ze, op cellulair niveau, vreemd op ons lijken. * Schimmels breken rotsen, planten voeden, wolken zaaien, onze huid omhullen en ons lef verpakken, een grotendeels verborgen en niet-geregistreerde wereld die naast ons en in ons leeft.

In september 2018 had Torrence Irvin uit Patterson, Californië, het gevoel alsof hij verkouden was. Zeven maanden later had hij 75 procent van zijn longcapaciteit verloren. Irvin had dalkoorts, een schimmelinfectie, en zijn leven werd gered door een experimenteel medicijn. Krediet: Timothy Archibald

Die onderlinge coëxistentie raakt nu uit balans. Schimmels schieten voorbij de klimaatzones waarin ze lang hebben gewoond, passen zich aan aan omgevingen die ooit vijandig zouden zijn geweest, en leren nieuw gedrag waardoor ze op nieuwe manieren tussen soorten kunnen springen. Terwijl ze die manoeuvres uitvoeren, worden ze steeds succesvollere ziekteverwekkers, die een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid op manieren die ze voorheen niet konden bereiken.

Surveillance die ernstige schimmelinfecties identificeert, is fragmentarisch, en dus is elk aantal waarschijnlijk een ondertelling. Maar volgens een algemeen gedeelde schatting zijn er wereldwijd mogelijk 300 miljoen mensen besmet met schimmelziekten en sterven er elk jaar 1,6 miljoen mensen, meer dan malaria en evenveel als tuberculose. Alleen al in de VS schat de CDC dat jaarlijks meer dan 75.000 mensen in het ziekenhuis worden opgenomen voor een schimmelinfectie, en nog eens 8,9 miljoen mensen zoeken een polikliniekbezoek, wat ongeveer $ 7,2 miljard per jaar kost.

Voor artsen en epidemiologen is dit verrassend en zenuwslopend. Langdurige medische doctrine stelt dat we worden beschermd tegen schimmels, niet alleen door gelaagde immuunafweer, maar omdat we zoogdieren zijn, met een kerntemperatuur die hoger is dan de voorkeur van schimmels. De koelere buitenoppervlakken van ons lichaam lopen het risico van kleine aanvallen, denk aan voetschimmel, schimmelinfecties, ringworm, maar bij mensen met een gezond immuunsysteem zijn invasieve infecties zeldzaam.

Dat heeft ons misschien overmoedig gemaakt. "We hebben een enorme blinde vlek", zegt Arturo Casadevall, arts en moleculair microbioloog aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health. &ldquo Loop de straat op en vraag mensen waar ze bang voor zijn, en ze zullen je vertellen dat ze bang zijn voor bacteriën, ze zijn bang voor virussen, maar ze zijn niet bang om dood te gaan aan schimmels.&rdquo

Ironisch genoeg zijn het onze successen die ons kwetsbaar hebben gemaakt. Schimmels exploiteren beschadigde immuunsystemen, maar vóór het midden van de 20e eeuw leefden mensen met een verminderde immuniteit niet lang. Sindsdien is de geneeskunde er heel goed in geworden om zulke mensen in leven te houden, ook al is hun immuunsysteem aangetast door ziekte of kankerbehandeling of leeftijd. Het heeft ook een reeks therapieën ontwikkeld die opzettelijk de immuniteit onderdrukken, om ontvangers van transplantaties gezond te houden en auto-immuunziekten zoals lupus en reumatoïde artritis te behandelen. Er leven nu dus enorme aantallen mensen die bijzonder kwetsbaar zijn voor schimmels. (Het was een schimmelinfectie, Pneumocystis carinii longontsteking, die artsen in juni 40 jaar geleden op de hoogte bracht van de eerste bekende gevallen van hiv.)

Niet al onze kwetsbaarheid is de schuld van medicijnen die het leven zo succesvol in stand houden. Andere menselijke acties hebben meer deuren geopend tussen de schimmelwereld en de onze. We maken land vrij voor gewassen en vestiging en verstoren de stabiele evenwichten tussen schimmels en hun gastheren. We vervoeren goederen en dieren over de hele wereld, en schimmels liften erop. We drenken gewassen met fungiciden en verhogen de weerstand van organismen die in de buurt leven. We ondernemen acties die het klimaat opwarmen, en schimmels passen zich aan, waardoor de kloof tussen hun voorkeurstemperatuur en de onze die ons zo lang beschermde, kleiner werd.

Maar schimmels kwamen niet vanuit een vreemde plaats op onze grasmat. Ze waren altijd bij ons, verweven door ons leven en onze omgeving en zelfs ons lichaam: elke dag inhaleert elke persoon op de planeet minstens 1.000 schimmelsporen. Het is niet mogelijk om ons af te sluiten van het schimmelrijk. Maar wetenschappers proberen dringend de talloze manieren te begrijpen waarop we onze afweer tegen de microben hebben ontmanteld, om betere manieren te vinden om ze weer op te bouwen.

Het is verbijsterend dat wij mensen ons zo veilig hebben gevoeld voor schimmels, terwijl we al eeuwen weten dat onze gewassen kunnen worden verwoest door hun aanvallen. In de jaren 1840 een schimmelachtig organisme, Phytophthora infestans, vernietigde de Ierse aardappeloogst meer dan een miljoen mensen, een achtste van de bevolking, stierven van de honger. (De microbe, die vroeger als een schimmel werd beschouwd, wordt nu geclassificeerd als een zeer vergelijkbaar organisme, een waterschimmel.) In de jaren 1870 werd koffiebladroest, Hemileia vastatrix, koffieplanten in heel Zuid-Azië uitgeroeid, de koloniale landbouw van India en Sri Lanka volledig opnieuw ordenend en de koffieproductie naar Midden- en Zuid-Amerika overgebracht. Schimmels zijn de reden dat in de jaren twintig miljarden Amerikaanse kastanjebomen uit de bossen van de Appalachen in de VS zijn verdwenen en dat in de jaren veertig miljoenen stervende Nederlandse iepen uit Amerikaanse steden zijn gekapt. Ze vernietigen elk jaar een vijfde van 's werelds voedselgewassen op het veld.

Maar jarenlang heeft de geneeskunde gekeken naar de verwoestende schimmels die het plantenrijk aanrichten en nooit overwogen dat mensen of andere dieren evenveel risico lopen. "Plantenpathologen en boeren nemen schimmels heel serieus en hebben dat altijd gedaan, en de agribusiness heeft dat ook gedaan", zegt Matthew C. Fisher, hoogleraar epidemiologie aan het Imperial College London, wiens werk zich richt op het identificeren van opkomende schimmelbedreigingen. &ldquoMaar ze worden erg verwaarloosd vanuit het oogpunt van ziekten van wilde dieren en ook van ziekten bij de mens.&rdquo

Dus toen de wilde katten van Rio de Janeiro ziek begonnen te worden, dacht niemand er eerst aan waarom. Straatkatten hebben sowieso een zwaar leven, ze scharrelen, vechten en baren eindeloze nesten kittens. Maar in de zomer van 1998 begonnen tientallen en toen honderden buurtkatten gruwelijke verwondingen te vertonen: huilende zweren op hun poten en oren, vertroebelde gezwollen ogen, wat leek op tumoren die uit hun gezicht bloeiden. De katten van Rio leven vermengd met mensen: kinderen spelen met ze, en vooral in arme buurten moedigen vrouwen hen aan om in de buurt van huizen te blijven en met ratten en muizen om te gaan. Het duurde niet lang of sommige kinderen en moeders werden ook ziek. Ronde, korstige wonden op hun handen openden zich en harde rode bulten sleepten langs hun armen alsof ze een spoor volgden.

In 2001 realiseerden onderzoekers van de Oswaldo Cruz Foundation, een ziekenhuis en onderzoeksinstituut in Rio, zich dat ze in drie jaar tijd 178 mensen hadden behandeld, voornamelijk moeders en grootmoeders, voor soortgelijke knobbels en sijpelende laesies. Bijna allemaal hadden ze dagelijks contact met katten. Bij het analyseren van de infecties en die bij katten die werden behandeld in een nabijgelegen dierenartskliniek, vonden ze een schimmel genaamd Sporothrix.

De verschillende soorten van het geslacht Sporothrix leven in aarde en op planten. Deze schimmel wordt door een snee of kras in het lichaam gebracht en verandert in een ontluikende vorm die op een gist lijkt. In het verleden was de gistvorm niet overdraagbaar, maar in deze epidemie wel. Zo besmetten de katten elkaar en hun verzorgers: gisten in hun wonden en speeksel vlogen van kat naar kat als ze vochten of duwden of niesden. Katten gaven het door aan mensen via klauwen en tanden en liefkozingen. De infecties verspreiden zich van de huid naar de lymfeklieren en de bloedbaan en naar de ogen en inwendige organen. In casusrapporten verzameld door artsen in Brazilië, waren er verhalen over schimmelcysten die groeiden in de hersenen van mensen.

De schimmel met deze vaardigheid werd uitgeroepen tot een nieuwe soort, Sporothrix brasiliensis. In 2004 waren 759 mensen behandeld voor de ziekte bij de Cruz Foundation in 2011, het aantal was tot 4.100 mensen. Vorig jaar waren meer dan 12.000 mensen in Brazilië gediagnosticeerd met de ziekte over een strook van meer dan 2.500 mijl. Het heeft zich verspreid naar Paraguay, Argentinië, Bolivia, Colombia en Panama.

&ldquoDeze epidemie zal geen pauze nemen,&rdquo, zegt Fláacutevio Queiroz-Telles, een arts en universitair hoofddocent aan de Federale Universiteit van Paraná in Curitiba, die zijn eerste geval in 2011 zag. &ldquoHet breidt zich uit.&rdquo

Het was een raadsel hoe: wilde katten zwerven, maar ze migreren niet duizenden kilometers. Bij de CDC vermoedden Chiller en zijn collega's een mogelijk antwoord. In Brazilië en Argentinië is sporotrichose gevonden bij zowel ratten als katten. Geïnfecteerde knaagdieren kunnen ritjes maken op goederen die in zeecontainers worden vervoerd. Miljoenen van die containers landen elke dag op schepen die aanleggen in Amerikaanse havens. De schimmel zou naar de VS kunnen komen. Een zieke rat die uit een container ontsnapte, zou de infectie kunnen verspreiden in de stad rond een haven.

"In dichtbevolkte bevolkingscentra, waar veel wilde katten zijn, kon je een toename zien van extreem zieke katten die op straat rondzwerven", zegt John Rossow, een dierenarts bij het CDC, die misschien de eerste was die de mogelijke dreiging opmerkte van Sporothrix naar de VS & ldquo En aangezien wij Amerikanen niet kunnen vermijden om zwerfdieren te helpen, kan ik me voorstellen dat we veel overdracht naar mensen zullen zien.&rdquo

Voor een mycoloog als Chiller is dit soort verspreiding een waarschuwing: het schimmelrijk is in beweging, duwt tegen de grenzen, op zoek naar elk mogelijk voordeel in zijn zoektocht naar nieuwe gastheren. En dat we ze misschien helpen. &ldquo Schimmels leven, ze passen zich aan,&rdquo, zegt hij. Onder hun verscheidene miljoenen soorten, veroorzaken tot dusverre slechts ongeveer 300 waarvan we weten dat ze ziekten bij de mens veroorzaken. Dat is veel potentieel voor nieuwheid en andersheid, in dingen die al een miljard jaar bestaan.&rdquo

Torrence Irvin was 44 jaar oud toen zijn schimmelproblemen begonnen. Hij is een grote, gezonde man die op de middelbare school en op de universiteit een atleet was geweest. Hij woont in Patterson, Californië, een rustig stadje in de Central Valley, verscholen aan de Amerikaanse Route 5. Iets meer dan twee jaar eerder had Irvin een huis gekocht in een nieuwe onderafdeling en trok in bij zijn vrouw, Rhonda, en hun twee dochters. Hij was magazijnmanager voor de retailer Crate & Barrel en de omroeper voor lokale jeugdvoetbalwedstrijden.

In september 2018 begon Irvin het gevoel te krijgen dat hij een verkoudheid had opgelopen die hij niet kon afschudden. Hij doseerde zichzelf met Nyquil, maar naarmate de weken vorderden, voelde hij zich zwak en kortademig. Op een dag in oktober zakte hij in elkaar en viel op zijn knieën in zijn slaapkamer. Zijn dochter vond hem. Zijn vrouw stond erop dat ze naar de eerste hulp gingen.

Artsen dachten dat hij een longontsteking had. Ze stuurden hem naar huis met antibiotica en instructies om vrij verkrijgbare medicijnen te gebruiken. Hij werd zwakker en kon het eten niet binnenhouden. Hij ging naar andere artsen, terwijl hij steeds erger werd, last had van kortademigheid, nachtelijk zweten en gewichtsverlies vergelijkbaar met dat van een kankerslachtoffer. Van 280 pond kromp hij tot 150. Uiteindelijk leverde één test een antwoord op: een schimmelinfectie genaamd coccidioidomycose, meestal bekend als Valley fever. &ldquoTotdat ik het kreeg, had ik er nog nooit van gehoord,&rdquo, zegt hij.

Maar anderen hadden. Irvin werd doorverwezen naar de Universiteit van Californië, Davis, 100 mijl van zijn huis, waar een Centrum voor Valley Fever was gevestigd. De aandoening komt vooral voor in Californië en Arizona, de zuidpunt van Nevada, New Mexico en het uiterste westen van Texas. De microben erachter, Coccidioides immitis en Coccidioides posadasii, elk jaar ongeveer 150.000 mensen in dat gebied infecteren en buiten de regio is de infectie nauwelijks bekend. "Het is geen nationale ziekteverwekker en je krijgt het niet in het dichtbevolkte New York of Boston of D.C.", zegt George R. Thompson, mededirecteur van het Davis-centrum en de arts die toezicht begon te houden op Irvins zorg. "Dus zelfs artsen beschouwen het als een exotische ziekte. Maar in gebieden waar het endemisch is, is het heel gewoon.&rdquo

Gelijkwaardig aan Sporothrix, Coccidioides heeft twee vormen, te beginnen met een draadachtige, fragiele die in de grond bestaat en uit elkaar valt wanneer de grond wordt verstoord. De lichtgewicht componenten kunnen honderden kilometers op de wind blazen. Ergens in zijn leven in de Central Valley had Irvin een dosis ingeademd. De schimmel was in zijn lichaam veranderd in bolletjes vol met sporen die via zijn bloed migreerden en zijn schedel en ruggengraat infiltreerden.Om hem te beschermen, produceerde zijn lichaam littekenweefsel dat verstijfde en zijn longen blokkeerde. Tegen de tijd dat hij onder de zorg van Thompson kwam, zeven maanden nadat hij voor het eerst was ingestort, ademde hij met slechts 25 procent van zijn longcapaciteit. Hoe levensbedreigend dat ook was, Irvin had toch geluk: in ongeveer één op de 100 gevallen groeit de schimmel levensbedreigende massa's in organen en de vliezen rond de hersenen.

Irvin had alle goedgekeurde behandelingen ondergaan. Er zijn slechts vijf klassen antischimmelmiddelen, een klein aantal vergeleken met de meer dan 20 klassen antibiotica om bacteriën te bestrijden. Antischimmelmedicijnen zijn er zo weinig, deels omdat ze moeilijk te ontwerpen zijn: omdat schimmels en mensen op cellulair niveau vergelijkbaar zijn, is het een uitdaging om een ​​medicijn te maken dat ze kan doden zonder ons ook te doden.

Het is zo uitdagend dat er slechts om de 20 jaar een nieuwe klasse antischimmelmiddelen op de markt komt: de polyeenklasse, inclusief amfotericine B, in de jaren vijftig, de azolen in de jaren tachtig en de echinocandine-medicijnen, de nieuwste remedie, die in 2001 begon. ( Er is ook terbinafine, dat meestal wordt gebruikt voor uitwendige infecties, en flucytosine, dat meestal wordt gebruikt in combinatie met andere geneesmiddelen.)

Voor Irvin werkte niets goed genoeg. "Ik was een skelet", herinnert hij zich. & ldquo Mijn vader zou op bezoek komen en daar zitten met tranen in zijn ogen. Mijn kinderen wilden me niet zien.&rdquo

In een laatste poging kreeg het Davis-team Irvin een nieuw medicijn genaamd olorofim. Het is gemaakt in het VK en is nog niet op de markt, maar er stond een klinische proef open voor patiënten bij wie elk ander medicijn had gefaald. Irvin kwalificeerde zich. Bijna zodra hij het ontving, begon hij de hoek om te slaan. Zijn wangen vulden zich. Hij hees zichzelf overeind met een rollator. Binnen een paar weken ging hij naar huis.

Dalkoorts komt nu acht keer vaker voor dan 20 jaar geleden. Die periode valt samen met meer migratie naar de zuidwest- en westkust en meer huizenbouw, meer opschudding van de bodem, ook met toename van heet, droog weer in verband met klimaatverandering. &ldquoCoccidioides is echt gelukkig in natte grond, vormt geen sporen en is dus niet bijzonder besmettelijk,' zegt Thompson. &ldquoTijdens perioden van droogte vormen zich dan de sporen. En we hebben het afgelopen decennium ontzettend veel droogte gehad.&rdquo

Omdat dalkoorts altijd een woestijnziekte is geweest, gingen wetenschappers ervan uit dat de schimmeldreiging in die gebieden zou blijven. Maar dat is aan het veranderen. In 2010 kregen drie mensen Valley Fever in het oosten van de staat Washington, 900 mijl naar het noorden: een 12-jarige die in een canyon had gespeeld en de sporen had ingeademd, een 15-jarige die van een ATV viel en liep door zijn wonden dalkoorts op, en een 58-jarige bouwvakker wiens infectie naar zijn hersenen ging. Onderzoek dat twee jaar geleden is gepubliceerd, toont aan dat dergelijke gevallen routine zouden kunnen worden. Morgan Gorris, een wetenschapper op het gebied van aardsystemen bij het Los Alamos National Laboratory, gebruikte scenario's voor klimaatopwarming om te voorspellen hoeveel van de VS vriendelijk territorium zou kunnen worden voor Coccidioides tegen het einde van deze eeuw. In het scenario met de hoogste temperatuurstijging, bereikt het gebied met omstandigheden die bevorderlijk zijn voor valleikoorts en mdasha een gemiddelde jaarlijkse temperatuur van 10,7 graden Celsius (51 graden Fahrenheit) en een gemiddelde jaarlijkse regenval van minder dan 600 millimeter (23,6 inch) en reikt tot aan de Canadese grens en bedekt het grootste deel van de wereld. van de westelijke VS

Irvin is bijna twee jaar bezig geweest om te herstellen, hij slikt nog steeds zes pillen olorifim per dag en verwacht dat voor onbepaalde tijd te doen. Hij kreeg weer gewicht en kracht, maar zijn longen zijn nog steeds beschadigd en hij is gehandicapt. &ldquoIk leer hiermee leven,&rdquo, zegt hij. &ldquoIk zal er de rest van mijn leven mee te maken hebben.&rdquo

Dodelijk duo van schimmels infecteert meer mensen. Coccidioides immitis veroorzaakt dalkoorts en het verspreidingsgebied verspreidt zich buiten het zuidwesten, waar het voor het eerst werd geïdentificeerd (bovenkant). Aspergillus fumigatus komt voor in veel omgevingen en kan dodelijk zijn voor mensen die lijden aan griep of COVID (onderkant). Krediet: wetenschappelijke bron

S porothrix een nieuwe manier gevonden om zichzelf over te dragen. Dalkoorts breidde zich uit tot een nieuwe reeks. C. auris, de schimmel die profiteerde van COVID, voerde een vergelijkbare truc uit en maakte gebruik van niches die waren geopend door de chaos van de pandemie.

Die schimmel was al een slechte acteur. Het gedroeg zich niet zoals andere pathogene gisten, die rustig in iemands darm leven en naar hun bloed of slijmvliezen stromen als hun immuunsysteem uit balans raakt. Ergens in het eerste decennium van de eeuw, C. auris kreeg het vermogen om direct van persoon tot persoon over te gaan. Het leerde leven van metaal, plastic en de ruwe oppervlakken van stof en papier. Toen de eerste aanval van COVID een tekort aan wegwerpmaskers en jassen veroorzaakte, dwong het gezondheidswerkers om uitrusting die ze gewoonlijk tussen patiënten weggooien, opnieuw te gebruiken om te voorkomen dat ze infecties bij zich dragen. En C. auris was klaar.

In New Delhi las arts en microbioloog Anuradha Chowdhary de vroege casusrapporten en was ontsteld dat COVID evenzeer een ontstekingsziekte als een ademhalingsziekte leek te zijn. De routinematige medische reactie op ontstekingen zou zijn om de immuunrespons van de patiënt te dempen met behulp van steroïden. Dat zou ervoor zorgen dat patiënten worden binnengevallen door schimmels, realiseerde ze zich. C. auris, dodelijk en hardnekkig, was al geïdentificeerd in ziekenhuizen in 40 landen op elk continent behalve Antarctica. Als gezondheidswerkers het organisme onbewust op hergebruikte kleding door hun ziekenhuizen zouden dragen, zou er een vuurzee ontstaan.

"Ik dacht: "O, god, de IC's zullen overladen worden met patiënten en het infectiebeheersingsbeleid zal in het gedrang komen", zei ze onlangs. &ldquoIn elke I.C.U. waar C. auris al aanwezig is, gaat het een ravage aanrichten.&rdquo

Chowdhary publiceerde vroeg in de pandemie een waarschuwing aan andere artsen in een medisch tijdschrift. Binnen een paar maanden schreef ze een update: een IC met 65 bedden. in New Delhi was binnengevallen door C. auris, en tweederde van de patiënten die de gist opliepen nadat ze met COVID waren opgenomen, stierf. In de VS wees het bulletin dat Chiller ontving enkele honderden gevallen aan in ziekenhuizen en instellingen voor langdurige zorg in Los Angeles en het nabijgelegen Orange County, en een enkel ziekenhuis in Florida maakte bekend dat het er 35 herbergde. Waar er een paar waren, nam de CDC aan dat dat er meer waren, maar dat routinematige testen, hun sleutelgat in de sluipende verspreiding van het organisme, waren opgegeven onder het overwerk van de zorg voor pandemische patiënten.

Hoe erg dat ook was, artsen die bekend waren met schimmels keken uit naar een grotere bedreiging: de versterking van een andere schimmel waar COVID een voordeel aan zou kunnen geven.

In de natuur, Aspergillus fumigatus doet dienst als schoonmaakploeg. Het stimuleert het verval van vegetatie en voorkomt dat de wereld wordt ondergedompeld in dode planten en herfstbladeren. Maar in de geneeskunde, Aspergillus staat bekend als de oorzaak van een opportunistische infectie die ontstaat wanneer een aangetast menselijk immuunsysteem zijn sporen niet kan wegvagen. Bij mensen die al ziek zijn, schommelt het sterftecijfer van invasieve aspergillose rond de 100 procent.

Tijdens de 2009 pandemie van H1N1 vogelgriep, Aspergillus begon het vinden van nieuwe slachtoffers, gezonde mensen wiens enige onderliggende ziekte griep was. In ziekenhuizen in Nederland arriveerde een reeks grieppatiënten die niet konden ademen en in shock raakten. Binnen enkele dagen stierven ze. In 2018 kwam wat artsen invasieve pulmonale aspergillose noemden voor bij een op de drie patiënten die ernstig ziek waren met griep en tot tweederde van hen doodde.

Toen kwam het coronavirus. Het schuurde het binnenste longoppervlak zoals griep dat doet. Waarschuwingsnetwerken die infectieziekteartsen en mycologen over de hele wereld met elkaar verbinden, verlichtten met verhalen over aspergillose die patiënten met COVID had gedood: in China, Frankrijk, België, Duitsland, Nederland, Oostenrijk, Ierland, Italië en Iran. Een even uitdagende complicatie als: C. auris was, Aspergillus was erger. C. auris schuilt in ziekenhuizen. De plaats waar patiënten werden blootgesteld aan Aspergillus was, nou ja, overal. Er was geen manier om de sporen uit de omgeving te verwijderen of te voorkomen dat mensen ze inademen.

In Baltimore was arts Kieren Marr zich terdege bewust van het gevaar. Marr is hoogleraar geneeskunde en oncologie aan het Johns Hopkins Medical Center en geeft leiding aan de afdeling over transplantatie en oncologische infectieziekten. De infecties die zich voordoen bij mensen die een nieuw orgaan hebben gekregen of een beenmergtransplantatie hebben ondergaan, zijn voor haar bekend terrein. Toen COVID arriveerde, was ze bezorgd dat Aspergillus zou toenemen en zou betekenen dat Amerikaanse ziekenhuizen, die niet alert zijn op de dreiging, deze zouden missen. Johns Hopkins begon met het testen van COVID-patiënten in zijn I.C.U. met het soort moleculaire diagnostische tests dat in Europa wordt gebruikt, proberen de infectie op tijd in te halen om te proberen deze te behandelen. In de vijf ziekenhuizen die het Johns Hopkins-systeem gebruikt, bleek dat een op de 10 mensen met ernstige COVID aspergillose ontwikkelde.

Verschillende patiënten stierven, waaronder één wiens aspergillose naar de hersenen ging. Marr vreesde dat er in het hele land vele anderen waren zoals die patiënt wiens ziekte niet op tijd werd ontdekt. &ldquoDit is erg,&rdquo, zei Marr dit voorjaar. &ldquoAspergillus is op dit moment belangrijker in COVID dan C. auris. Zonder twijfel.&rdquo

De uitdaging bij het bestrijden van pathogene schimmels is niet alleen dat ze virulent en stiekem zijn, hoe slecht die eigenschappen ook zijn. Het is dat schimmels erg goed zijn geworden in het beschermen van zichzelf tegen drugs die we gebruiken om ze te doden.

Het verhaal is vergelijkbaar met dat van antibioticaresistentie. Geneesmiddelenmakers spelen een haasje-over en proberen de evolutionaire manoeuvres die bacteriën gebruiken om zichzelf tegen drugs te beschermen, voor te zijn. Voor schimmels is het verhaal hetzelfde, maar erger. Schimmelpathogenen worden resistent tegen antischimmelmiddelen, maar er zijn om te beginnen minder medicijnen, omdat de dreiging relatief recentelijk werd erkend.

"In het begin van de jaren 2000, toen ik overstapte van de academische wereld naar de industrie, was de pijplijn met antischimmelmiddelen nul", zegt John H. Rex, een arts en jarenlang pleitbezorger voor de ontwikkeling van antibiotica. Rex is chief medical officer van F2G, dat het nog niet goedgekeurde medicijn maakt dat Torrence Irvin nam. &ldquoEr waren nergens ter wereld antischimmelmiddelen in klinische of zelfs preklinische ontwikkeling.&rdquo

Dat is niet langer het geval, maar het onderzoek verloopt traag, want met antibiotica is de financiële beloning van het op de markt brengen van een nieuw medicijn onzeker. Maar het ontwikkelen van nieuwe medicijnen is van cruciaal belang omdat patiënten ze mogelijk maanden, soms jaren moeten gebruiken, en veel van de bestaande antischimmelmiddelen zijn giftig voor ons. (Amfotericine B wordt "schudden en bakken" genoemd vanwege de slopende bijwerkingen.) "Als arts kies je ervoor om een ​​schimmelinfectie aan te pakken ten koste van de nier", zegt Ciara Kennedy, president en CEO van Amplyx Pharmaceuticals, die een nieuw antischimmelmiddel in ontwikkeling heeft. &ldquoOf als ik de schimmelinfectie niet behandel, wetende dat de patiënt zal sterven.&rdquo

Het ontwikkelen van nieuwe medicijnen is ook van cruciaal belang omdat de bestaande hun effectiviteit verliezen. Irvin belandde in de olorofim-proef omdat zijn Valley Fever niet reageerde op de beschikbare medicijnen. C. auris vertoont al resistentie tegen geneesmiddelen in alle drie de belangrijkste antischimmelklassen. Aspergillus heeft resistentie opgebouwd tegen de antischimmelgroep die het meest geschikt is voor de behandeling ervan, bekend als de azolen, omdat het er zo aanhoudend aan wordt blootgesteld. Azolen worden over de hele wereld gebruikt, niet alleen in de landbouw om gewasziekten te bestrijden, maar ook in verven, kunststoffen en bouwmaterialen. In het haasje-over-een-spel staan ​​schimmels al vooraan.

Het beste antwoord op de verwoestingen van schimmels is niet behandeling maar preventie: geen medicijnen maar vaccins. Op dit moment bestaat er geen vaccin voor een schimmelziekte. Maar de moeilijkheid om patiënten langdurig te behandelen met giftige medicijnen, gecombineerd met duizelingwekkende aantallen gevallen, maakt het dringend om er een te vinden. En voor het eerst is er misschien een in zicht, zo niet binnen bereik.

De reden dat het aantal dalkoorts niet erger is dan ze zijn, wanneer 10 procent van de Amerikaanse bevolking in het endemische gebied woont, is dat infectie levenslange immuniteit verleent. Dat suggereert dat een vaccin mogelijk zou kunnen zijn sinds de jaren veertig onderzoekers hebben geprobeerd. Een prototype dat een gedode versie van het formulier gebruikte Coccidioides neemt het lichaam in & mdash-schimmelbolletjes vol met sporen & mdash werkte briljant in muizen. Maar het faalde jammerlijk bij mensen in een klinische proef in de jaren tachtig.

&ldquoWe deden het met weinig geld, en iedereen wilde dat het zou werken,&rdquo, zegt John Galgiani, nu professor en directeur van het Valley Fever Center for Excellence aan de University of Arizona College of Medicine, die 40 jaar geleden deel uitmaakte van dat onderzoek. &ldquoZelfs met [slechte] reacties en de studie die drie jaar duurde, hielden we 95 procent van de mensen die zich inschreven.&rdquo

Voer honden in. Ze hebben de hele tijd hun neuzen in het vuil, en daardoor lopen ze meer risico op dalkoorts dan mensen. In verschillende provincies van Arizona krijgt elk jaar bijna 10 procent van de honden de ziekte, en ze hebben meer kans om ernstige longblokkerende vormen te ontwikkelen dan mensen. Ze lijden vreselijk, en het is lang en duur om ze te behandelen. Maar de kwetsbaarheid van honden & mdash plus de lagere normen die federale agentschappen stellen om diergeneesmiddelen goed te keuren in vergelijking met die voor mensen & mdash, maakt ze tot een modelsysteem voor het testen van een mogelijk vaccin. En de passie van eigenaren voor hun dieren en hun bereidheid om hun portemonnee te legen wanneer ze kunnen, kunnen de mogelijkheid voor het eerst werkelijkheid maken.

Galgiani en zijn Arizona-groep werken nu aan een nieuwe vaccinformule, dankzij financiële donaties van honderden hondenbezitters, plus een boost van een subsidie ​​van de National Institutes of Health en commerciële hulp van een Californisch bedrijf, Anivive Lifesciences. Het testen is nog niet voltooid, maar het zou al volgend jaar op de markt kunnen komen voor gebruik bij honden. "Ik denk dat dit een proof-of-concept is voor een schimmelvaccin en dat het in gebruik is bij honden, aangezien het veilig is", zegt Lisa Shubitz, een dierenarts en onderzoekswetenschapper in het centrum van Arizona. &ldquoIk geloof echt dat dit de weg is naar een menselijk vaccin.&rdquo

Deze injectie is niet afhankelijk van een gedode dalkoortsschimmel. In plaats daarvan gebruikt het een levende versie van de schimmel waarvan een gen dat de sleutel is tot zijn voortplantingscyclus, CPS1, is verwijderd. Door het verlies kunnen de schimmels zich niet verspreiden. Het gen werd ontdekt door een team van plantenpathologen en werd later geïdentificeerd in Coccidioides door Marc Orbach van de Universiteit van Arizona, die gastheer-pathogeen-interacties bestudeert. Na het maken van een mutant Coccidioides met het gen verwijderd, infecteerden hij en Galgiani experimenteel laboratoriummuizen die waren gefokt om buitengewoon gevoelig te zijn voor de schimmel. De microbe veroorzaakte een sterke immuunreactie en activeerde type 1 T-helpercellen, die een duurzame immuniteit tot stand brengen. De muizen overleefden zes maanden en ontwikkelden geen symptomen van dalkoorts, hoewel het team ze probeerde te infecteren met ongewijzigde Coccidioides. Toen de onderzoekers de muizen aan het einde van die periode van een half jaar autopsie deden, ontdekten wetenschappers dat er bijna geen schimmel in hun longen groeide. Die langdurige bescherming tegen infectie maakt de schimmel met verwijderde genen de meest veelbelovende basis voor een vaccin sinds Galgiani's werk in de jaren tachtig. Maar het zal niet snel gaan om een ​​vaccin dat voor honden is ontwikkeld om te zetten in een vaccin dat bij mensen kan worden gebruikt.

De hondenformule valt onder de bevoegdheid van het Amerikaanse ministerie van landbouw, maar de goedkeuring van een menselijke versie zou worden gecontroleerd door de Amerikaanse Food and Drug Administration. Het zou klinische proeven vereisen die zich waarschijnlijk over jaren zouden uitstrekken en waarbij duizenden mensen betrokken zouden zijn in plaats van het kleine aantal dieren dat wordt gebruikt om de formule bij honden te valideren. In tegenstelling tot het prototype uit de jaren 80, is bij het nieuwe vaccin een levend organisme betrokken. Omdat er nog nooit een schimmelvaccin is goedgekeurd, is er geen vooraf vastgesteld evaluatietraject dat de ontwikkelaars of regelgevende instanties moeten volgen. &ldquoWe zouden het vliegtuig besturen en tegelijkertijd bouwen,&rdquo, zegt Galgiani.

Hij schat dat het vijf tot zeven jaar kan duren om een ​​vaccin tegen dalkoorts voor mensen te krijgen en ongeveer $ 150 miljoen, een investering die wordt gedaan tegen een onzekere belofte van inkomsten. Maar een succesvolle compound zou een breed nut kunnen hebben en zowel de permanente bewoners van het zuidwesten als het militair personeel op 120 bases en andere installaties in het endemische gebied beschermen, plus honderdduizenden &ldquosnowbird&rdquo-migranten die elke winter op bezoek komen. (Drie jaar geleden identificeerde de CDC gevallen van Valley-koorts in 14 staten buiten de endemische zone. De meeste waren in de winterperiode inwoners van het zuidwesten bij wie de diagnose werd gesteld nadat ze naar huis waren gegaan.) Volgens één schatting zou een vaccin mogelijk $ 1,5 miljard aan gezondheid kunnen besparen -zorgkosten per jaar.

"Ik zag de mogelijkheid niet dat we tien jaar geleden een vaccin zouden hebben", zegt Galgiani. &ldquoMaar ik denk dat het nu mogelijk is.&rdquo

Als het ene schimmelvaccin wordt bereikt, zou het de weg banen voor een ander. Als immunisaties wetenschappelijk succesvol zouden zijn, als doelwit van regulering en als vaccins die mensen bereid zouden zijn te accepteren, zouden we niet langer constant op onze hoede hoeven te zijn tegen het schimmelrijk. We zouden er naast en erin kunnen leven, veilig en vol vertrouwen, zonder angst voor de verwoestingen die het kan aanrichten.

Maar dat is nog jaren weg, en schimmels zijn nu in beweging: hun gewoonten veranderen, hun patronen veranderen, profiteren van noodsituaties zoals COVID om nieuwe slachtoffers te vinden. Bij de CDC is Chiller ongerust.

&ldquoDe afgelopen vijf jaar hadden we echt het gevoel dat we wakker werden met een heel nieuw fenomeen, een schimmelwereld die we gewoon niet gewend waren,&rdquo, zegt Chiller. &ldquoHoe blijven we daar bovenop? Hoe stellen we onszelf in vraag om te kijken naar wat er zou kunnen komen? We bestuderen deze opkomst niet als een academische oefening, maar omdat ze ons laten zien wat er zou kunnen komen. We moeten voorbereid zijn op meer verrassingen.&rdquo

* Noot van de redactie (6/9/21): Deze zin is herzien na het plaatsen om de beschrijving te corrigeren van hoe de cellen van schimmels verschillen van die van dieren.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd met de titel "Deadly Kingdom" in 324, 6, 26-35 (juni 2021)


Hoe een schimmel zichzelf beschermt tegen de vijandige omgeving waarmee hij wordt geconfronteerd na het infecteren van maïsplanten

de schimmel Ustilago maydis veroorzaakt de ziekte van mais. Bij het infecteren van maïsplanten wordt de schimmel herkend door het immuunsysteem van de plant dat de indringer aanvalt via een cocktail van verdedigingsmoleculen. Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Terrestrische Microbiologie in Marburg hebben een nieuw mechanisme ontdekt waarmee de schimmel zichzelf kan beschermen tegen de antischimmelactiviteit van twee eiwitten die in deze cocktail aanwezig zijn.Ze laten zien dat deze maïseiwitten niet alleen aanvallen U. maydis maar ook andere schimmelpathogenen die maïs parasiteren. Hun bevinding biedt nieuwe inzichten in het verbazingwekkende samenspel tussen een ziekteverwekker en zijn gastheer en biedt nieuwe aanknopingspunten voor ziekte-interventie.

Model voor de functie van Rsp3. In wildtype U. maydis hyphae (links) is Rsp3-eiwit (roze ovalen) gehecht aan het schimmeloppervlak en biedt bescherming tegen de mannose-bindende antischimmel-maïseiwitten AFP1 en AFP2 (dubbelbladige structuren). Wanneer Rsp3 ontbreekt (rechts), vallen AFP1 en AFP2 schimmelhyfen aan en doden ze. Dit zou gemannosyleerde celwandfragmenten kunnen vrijgeven, die zouden kunnen binden aan het DUF26-domein dat mannose-bindende receptorkinasen (dubbelbladige structuur verbonden met groene doos) in het plantenplasmamembraan bevat, en dit zou de afweerreacties van planten kunnen opreguleren.

Om met succes een plant binnen te vallen en ziekte te veroorzaken, U. maydis scheidt enkele honderden effector-eiwitten af, die de afweerreacties van planten onderdrukken en de ontwikkeling en het metabolisme van de gastheer herprogrammeren om aan de behoeften van de ziekteverwekker te voldoen. De meeste effectoren zijn nieuwe moleculen die zelden bekende motieven bevatten. Om te begrijpen hoe effectoren bijdragen aan de accommodatie van schimmels in het gastheerweefsel en ziekteprogressie mogelijk maken, is het noodzakelijk om hun biochemische functie op te helderen. Een van deze nieuwe effectoren is Rsp3, een zeer ongebruikelijk eiwit waarvan de C-terminale helft bestaat uit een complexe reeks van verschillende zich herhalende eenheden. In veldisolaten, rsp3 vertoont sterke lengtepolymorfismen als gevolg van deleties en herschikkingen in dit repetitieve domein. rsp3 wordt sterk tot expressie gebracht tijdens kolonisatie en wanneer het gen wordt verwijderd, wordt de virulentie van de schimmel sterk verzwakt. Door immunokleuring van geïnfecteerde planten werd Rsp3 uitsluitend op het oppervlak van hyfen gedetecteerd. Biochemisch bleek Rsp3 een interactie aan te gaan met twee uitgescheiden maïs-DUF26-domeinfamilie-eiwitten, aangeduid als AFP1 en AFP2. Deze eiwitten zijn verwant aan een mannose-bindend antischimmel-eiwit van Ginkgo biloba. AFP1-eiwit kan ook mannose binden en antischimmelactiviteit vertonen tegen de rsp3 mutant maar niet tegen an U. maydis stam versierd met Rsp3-eiwit. In maïsplanten waarin de expressie van de AFP1- en AFP2-genen tot zwijgen werd gebracht, was het virulentiedefect van rsp3 mutanten werd verlicht. Dit toont aan dat het blokkeren van de antischimmelactiviteit van AFP1 en AFP2 door de Rsp3-effector een belangrijke virulentiefunctie is. Rsp3-gerelateerde eiwitten zijn aanwezig in alle smut-schimmels, wat wijst op een nieuw wijdverbreid schimmelbeschermingsmechanisme. Interessant is dat ook kon worden aangetoond dat maïsplanten die voor AFP1 en AFP2 tot zwijgen zijn gebracht, vatbaarder worden voor de schimmel Colletotrichum graminicola veroorzaakt anthracnose stengelrot en bladziekte bij maïs. Hieruit blijkt dat de antischimmel-maïseiwitten die in dit onderzoek zijn ontdekt een meer algemene rol spelen bij het beperken van de groei van plant-infecterende schimmels.


Hoe planten reageren op schimmels

Met behulp van speciale receptoren herkennen planten wanneer ze risico lopen op een schimmelinfectie. Deze nieuwe bevinding kan helpen bij het verbouwen van resistente gewassen en het verminderen van het gebruik van pesticiden.

Planten beschermen zichzelf tegen schimmelindringers door hun stomatale poriën te sluiten. (Afbeelding: Michaela Kopischke)

Planten staan ​​constant onder druk van schimmels en andere micro-organismen. De lucht zit vol met schimmelsporen, die zich hechten aan plantenbladeren en ontkiemen, vooral bij warm en vochtig weer. Sommige schimmels blijven op het oppervlak van de bladeren. Anderen, zoals valse meeldauw, dringen de planten binnen en vermenigvuldigen zich, waarbij ze belangrijke voedingsstoffen extraheren. Deze schimmels kunnen grote schade aanrichten in de landbouw.

De toegangspoorten voor sommige van deze gevaarlijke schimmels zijn kleine poriën, de huidmondjes, die in grote aantallen op de bladeren van de plant worden aangetroffen. Met behulp van gespecialiseerde bewakingscellen, die elke stomatale porie flankeren, kunnen planten de openingsbreedte van de poriën veranderen en ze volledig sluiten. Zo reguleren ze de uitwisseling van water en koolstofdioxide met de omgeving.

Chitine-bedekking onthult de schimmels

De wachtcellen werken ook in de verdediging van planten: ze gebruiken speciale receptoren om aanvallende schimmels te herkennen. Een recente ontdekking door onderzoekers onder leiding van plantenwetenschapper professor Rainer Hedrich van Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Beieren, Duitsland, heeft waardevol licht geworpen op de mechanica van dit proces.

"Schimmels die via open huidmondjes de plant proberen binnen te dringen, verraden zichzelf door hun chitinebedekking", zegt Hedrich. Chitine is een koolhydraat. Het speelt een vergelijkbare rol in de celwanden van schimmels als cellulose in planten.

Moleculaire details onthuld

Het journaal eLife beschrijft in detail hoe de plant schimmels herkent en de moleculaire signaalketen via welke de chitine de sluiting van de huidmondjes in gang zet. Naast Hedrich was de Münchense professor Silke Robatzek van de Ludwig-Maximilians-Universität verantwoordelijk voor de publicatie. Moleculair bioloog Robatzek is gespecialiseerd in afweersystemen van plantpathogenen en biofysicus Hedrich is expert in de regulatie van wachtcellen en huidmondjes.

Simpel gezegd veroorzaakt chitine de volgende processen: als de chitinereceptoren worden gestimuleerd, geven ze een gevaarsignaal af en activeren daarmee het ionkanaal SLAH3 in de wachtcellen. Vervolgens openen verdere kanalen en laten ionen uit de wachtcellen stromen. Hierdoor daalt de interne druk van de cellen en sluiten de huidmondjes - waardoor de schimmel wordt geblokkeerd en buiten blijft.

Praktische toepassingen in landbouwsystemen

Het onderzoeksteam heeft dit proces aangetoond in de modelfabriek Arabidopsis thaliana (waterkers). De volgende stap is om de bevindingen van dit model over te dragen naar gewassen. "Het doel is om veredelaars de tools te geven die ze nodig hebben om schimmelresistente rassen te kweken. Als dit lukt, kan het gebruik van fungiciden in de landbouw enorm worden verminderd', zegt Rainer Hedrich.

Publicatie

Anionkanaal SLAH3 is een regulerend doelwit van chitinereceptor-geassocieerd kinase PBL27 in microbiële stomatale sluiting. eLife, 16 september 2019, DOI 10.7554/eLife.44474


Bekijk de video: Hoe werkt de spijsvertering? (December 2021).