Je leest:

Belagers van het dierenrijk

Belagers van het dierenrijk

Auteur: | 5 december 2017
iStockphoto

Het merendeel van de schimmels is een ziekteverwekker voor planten, maar ook dieren kunnen ziek worden van schimmels.

Van de meer dan een miljoen soorten schimmels die op aarde voorkomen is het merendeel ziekteverwekker van planten, maar liefst zo’n 200.000 soorten. Een kleiner maar nog steeds indrukwekkend aantal kan infecties veroorzaken in dieren, vooral insecten zijn de klos met naar schatting zo’n 70.000 belagers. Slechts 400 soorten kunnen infecties bij de mens veroorzaken. Deze verschillen in gevoeligheid komt deels door de eigenschappen van de schimmel, deels door het afweermechanisme van de gastheren en deels door hun lichaamstemperatuur.

De meeste schimmels zijn opportunisten. Dit betekent dat ze alleen infecties veroorzaken als de afweer verminderd is of als ze kunnen binnendringen in het lichaam, bijvoorbeeld na verwonding. Deze infecties kunnen worden veroorzaakt door schimmels die al in symbiose leven met de gastheer maar ook door schimmels uit de omgeving.

Veel schimmels veranderen tijdens het infectieproces van vorm, de zogeheten dimorfe switch, en groeien in de gastheer verder als bolvormige gist of als draadvormige schimmel (hyfen). Hyfen zijn veel moeilijker door het afweersysteem op te ruimen omdat macrofagen grotere structuren niet kunnen omhullen en opruimen. Daarnaast bezitten hyfen de vervelende eigenschap dat zij in weefsels kunnen binnendringen waardoor verspreiding in het lichaam mogelijk is.

Mee op transport

Er zijn relatief meer infecties beschreven in insecten, vissen, amfibieën en reptielen dan in vogels en zoogdieren. De dramatische afname van amfibieën wereldwijd, die veroorzaakt wordt door een infectie met de schimmel Batrachochytrium dendrobatidis, is hier een voorbeeld van.

De schimmel die recent in West-Europa salamanders bedreigt is in 2013 beschreven als Batrachochytrium salamandrivorans. Deze schimmel komt normaal alleen in Azië voor, maar is nu in West-Europa terechtgekomen, wellicht door reizende mensen of meeliftend met transport van dieren of materialen uit die landen. Verschillende salamandersoorten blijken vatbaar voor deze schimmel waarbij de infectie voor vuursalamanders dodelijk is. Uit recent onderzoek blijkt dat geïnfecteerde vuursalamanders allemaal sterven, zelfs bij blootstelling aan een relatief lage dosis, omdat ze geen weerstand tegen de schimmel kunnen ontwikkelen. De combinatie van gevoeligheid van de salamanders, de ziekmakende eigenschappen van de schimmel en de mogelijkheden van de schimmel zich goed te kunnen handhaven en verspreiden, zorgen ervoor dat de vuursalamander in West-Europa nu met uitsterven wordt bedreigd.

Door infectie met de schimmel Batrachochytrium salamandrivorans heeft de populatie vuursalamanders in Nederland tussen 1997 en 2014 een achteruitgang laten zien van 99.9%. Links, een gezonde vuursalamander; rechts, een ziek exemplaar.
Frank Pasmans, Universiteit Gent

Effect van temperatuur

Dat vogels en zoogdieren minder last hebben van schimmelinfecties heeft onder meer te maken met de optimale groeitemperatuur van schimmels. Een zeer groot deel van de schimmelsoorten groeit het best bij een temperatuur tussen de 25°C en 35°C. Bij hogere temperaturen groeien alleen thermotolerante schimmels. Dit is een relatief kleine groep . Vogels en zoogdieren zijn warmbloedig en handhaven een basistemperatuur van rond de 37°C. Konijnen hebben zelfs een basistemperatuur van 38°C tot 40°C, een temperatuur die geïnfecteerde zoogdieren ook kunnen bereiken als ze koorts krijgen.

Een hogere lichaamstemperatuur in combinatie met een goed afweersysteem lijkt het verschil in vatbaarheid voor schimmelinfecties tussen warmbloedige en koudbloedige dieren te verklaren. Zo kan de schimmel Cryptococcus neoformans geen infecties veroorzaken in gezonde konijnen maar wel in konijnen die behandeld worden met ontstekingsremmers die de afweer verlagen. Ook kunnen sommige koudbloedige dieren genezen van schimmelinfecties door de lichaamstemperatuur tijdelijk te verhogen. Kikkers geïnfecteerd met B. dendrobatidis genezen van hun schimmelinfectie als ze bijvoorbeeld 16 uur bij 37°C verblijven. Sommige koudbloedige organismen hebben zelfs gedrag ontwikkeld om zich op te warmen en zo een koorts te ontwikkelen als verdediging tegen infecties.

De opkomst van warmbloedige dieren op aarde wordt ook in verband gebracht met de gevoeligheid voor schimmels van koudbloedige dieren. Na de inslag van een enorme meteoriet in Midden-Amerika tijdens het Krijt-Tertiair volgde een periode van catastrofale uitroeiing van onder andere planten en reptielen. De lange koele periode die volgde gaf massale schimmelgroei op dode planten. Men neemt aan dat dit weer leidde tot verhoogde (dodelijke) schimmelinfecties in koudbloedige dieren. De warmbloedige dieren hadden in deze periode een belangrijk voordeel vanwege hun hogere lichaamstemperatuur en daardoor hun betere afweer tegen schimmels.

Een analyse van de warmtebestendigheid (thermotolerantie) van 4802 schimmelstammen uit 144 geslachten, afkomstig uit de grote schimmelcollectie van het Westerdijk Instituut, gaf aan dat schimmels die insecten en dieren infecteren een grotere thermotolerantie bezitten dan schimmels die in de grond en op planten leven. Elke graad stijging van de kweektemperatuur tussen 30°C en 40°C gaf een afname van 6% van de soorten die bij die temperatuur konden groeien. Hogere lichaamstemperatuur van warmbloedige dieren levert dus een belangrijk voordeel op tegen schimmelinfecties.

De toename van infecties van waaierkoralen door Aspergillus sydowii wordt waarschijnlijk mede veroorzaakt door opwarming van zeewater. Maar ook warmbloedige dieren worden bedreigd door de opwarming van de aarde. Aan de ene kant kan de verhoogde temperatuur leiden tot een verdere verspreiding van pathogene schimmels in nieuwe opgewarmde gebieden. Aan de andere kant vindt er selectie plaats op thermotolerante pathogene schimmels. Het zou goed zijn om meer onderzoek te verrichten aan schimmels die nauw verwant zijn aan huidige pathogenen maar die thermotolerantie nog missen omdat deze groep de potentiële pathogenen van de toekomst zijn.

Sommige schimmels kunnen zelfs het gedrag van hun ‘prooi’ bepalen.

Voorkeur voor warmte

Schimmelsoorten die warmbloedige dieren infecteren overlappen voor een belangrijk deel met de schimmelsoorten die mensen infecteren. Enkele bekende voorbeelden van deze schimmels zijn basidiomyceten zoals Cryptococcus (vooral katten, honden, paarden, geiten en vogels) en ascomyceten zoals Aspergillus (vooral vogels, honden, katten en paarden), Candida (vooral varkens en veulens), Histoplasma (vogels en vleermuizen), Blastomyces (vooral katten en honden) en Coccidioides (vooral honden).

Mens en landbouwhuisdieren worden daarom met dezelfde type antischimmelmiddelen behandeld, vooral van het type azolen. De toename van schimmels die resistent zijn tegen azolen wordt mede hiermee in verband gebracht. Er zijn ook schimmels die vooral bij dieren infecties veroorzaken. Bekende voorbeelden zijn schimmels bij de chitridiomyceten (vooral vissen en amfibieën), zygomyceten (vooral amfibieën, reptielen en kangaroo-achtigen) en de schimmelachtige oömyceten (vooral vissen, paarden en honden).

Isolaten van Aspergillus fumigatus uit de bijholte (sinus) van honden met lange neuzen. Deze schimmel groeit gemakkelijk bij de lichaamstemperatuur van warmbloedigen.
Hans de Cock en Ivan Valdes, Universiteit Utrecht

Veel schimmelsoorten kunnen meerdere gastheren infecteren. Deze infecties variëren van oppervlakkige huidinfecties tot invasieve infecties die zich door het hele lichaam kunnen verspreiden, vooral als de afweer is verzwakt of als dieren stress ervaren. Zo kan Aspergillus fumigatus niet-invasieve infecties veroorzaken in de bijholte van honden met lange neuzen, maar ook invasieve longinfecties bij paarden. Deze schimmel is een goed voorbeeld van de ongelooflijke capaciteit die schimmels bezitten om in zeer diverse organismen verschillende soorten infecties te veroorzaken en in zeer diverse ecologische niches te leven.

Schimmels moeten zich binnen de gastheer aanpassen aan de temperatuur, de beschikbaarheid aan voedsel (denk aan koolstof- en stikstofbronnen en ijzer) en zuurstof en aan afweerreacties. Door interacties tussen schimmel en gastheer kan er selectie optreden van varianten die meer virulent of meer resistent zijn. Recent is bijvoorbeeld aangetoond dat relatief laagpathogene varianten van Cryptococcus neoformans na passage in een konijn hypervirulent waren geworden. Onderzoek naar het aanpassingsvermogen van schimmels en het ontrafelen van de onderliggende genetische mechanismen is niet alleen nodig om te begrijpen hoe ze infecties veroorzaken maar ook om methoden te ontwikkelen om ze te bestrijden.

Manipulatieve schimmels

Insecten zijn enorm succesvol en het aantal soorten wordt geschat op 900.000. Een reden voor dit succes is hun exoskelet dat bescherming biedt tegen uitdroging, predatoren en parasieten. Er zijn echter parasieten die zich gespecialiseerd hebben in het slechten van deze barrière. Dit zijn de insect-infecterende (entomopathogene) schimmels. Zij vormen gespecialiseerde structuren, appressoria, waarmee de schimmel zich een weg door het exoskelet baant. We vinden deze schimmels voornamelijk onder de ascomyceten. Ze zijn op diverse manieren geëvolueerd om insecten te infecteren en te gebruiken voor verspreiding van hun sporen.

Eén van de meest intrigerende strategieën die deze schimmels gebruiken om na infectie hun sporen te verspreiden, is gedragsmanipulatie. Een berucht voorbeeld hiervan vormen de zogeheten zombiemieren, houtmieren die zijn geïnfecteerd met Ophiocordyceps unilateralis. Deze schimmel beïnvloedt het gedrag van de werkmier dusdanig dat zij het nest verlaat en op zoek gaat naar een plant om zich aan vast te bijten. Als de mier op een plek is aangekomen die gunstig is voor schimmelgroei wat betreft temperatuur, hoeveelheid licht en luchtvochtigheid, dan klimt ze omhoog en bijt ze zich vast. Dit is waar het eindigt voor de mier, maar niet voor de schimmel. Deze consumeert de miereningewanden en gebruikt de verkregen energie voor de groei van een vruchtlichaam met sporen om zo weer nieuwe mieren te infecteren.

Een zombiemier. Een houtmier is door de Ophio­cordyceps schimmel geïnfecteerd en heeft zich vastgebeten aan een dennennaald. Het vruchtlichaam groeit vanachter uit haar kop.

Yuanmeng Miles Zhang, University of Central Florida

De vraag hoe deze gedragsmanipulatie tot stand komt, houdt wetenschappers behoorlijk bezig. Momenteel weten we hier nog niet veel van maar onderzoek naar de genen, eiwitten en metabolieten die een belangrijke rol spelen, probeert hier verandering in brengen. Zo wordt gedacht dat Ophiocordyceps neuroactieve stoffen (alkaloïden) uitscheidt, die receptoren in mierenhersenen activeren of deactiveren. Daarnaast denkt men dat de schimmel gifstoffen (enterotoxines) produceert die de communicatie van de mier belemmeren.

Ook zijn er aanwijzingen dat de schimmel, de mier, de gedragsmanipulatie en de sporenverspreiding allemaal een dag-nacht ritme volgen en dat de biologische klok dus een belangrijke rol speelt. Stukje bij beetje leren we dus meer over deze schimmels, hoe zij gedrag manipuleren en daarbij hoe gedrag op het moleculaire niveau tot stand komt. Gedragsmanipulatie is echter een complex fenomeen en er zal nog veel onderzoek nodig zijn om de geheimen van deze intrigerende schimmels volledig te ontrafelen.

Charissa de Bekker

Lees het volgende artikel van het thema ‘Schimmels’

Ziekteverwekkers bij de mens

Sybren de Hoog
Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 december 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.