Mikrobielle Interaktionen und die Bildung von Mykotoxinen bei Schimmelpilzen der Matrix Weizen

Abstract

Die Produktion der Mykotoxine Deoxynivalenol, Zearalenon und Ochratoxin A wurde bei verschiedenen natürlicherweise auf Getreide vorkommenden Schimmelpilzen untersucht. <br /> Mit in vitro-Modellen wurden die Interaktionen zwischen F. graminearum und A. alternata, P. verrucosum und A. ochraceus in Dualkulturen bezüglich Wachstum, DON-, ZEA- und OTA-Synthese untersucht. Es zeigte sich, dass in fast allen Cokulturen verglichen mit den entsprechenden Einzelkulturen das Wachstum der einzelnen Spezies reduziert war. Sowohl für DON als auch für ZEA erhöhten sich die Gehalte in den Cokulturen von F. graminearum mit P. verrucosum bzw. A. ochraceus. Dies konnte für DON einen Tag nach Inokulation verzeichnet werden, während steigende ZEA-Gehalte mit zunehmendem Alter der Kultur gemessen wurden. In den Cokulturen mit A. alternata stieg die Produktion der Fusarium-Toxine nicht. Auf die OTA-Bildung von P. verrucosum und A. ochraceus hatten pilzliche Interaktionen einen hemmenden Einfluss. <br /> Als in vivo-Modell für pilzliche Interaktionen wurden Weizenkörner unter hinsichtlich Feuchte und Temperatur suboptimalen Bedingungen über zwölf Wochen gelagert. Bei Körnern, die vor Lagerbeginn sterilisiert und lediglich mit zwei Pilzen (wie in den in vitro-Versuchen) beimpft wurden, konnten einheitliche Infektionsverläufe während der Lagerung für die untersuchten F. graminearum-Stämme zusammengefasst werden. In allen Interaktionen der F. graminearum-Stämme mit A. alternata dominierte F. graminearum eindeutig, während A. alternata verdrängt wurde. Dagegen wurde F. graminearum in den Interaktionen mit dem Lagerpilz A. ochraceus unterdrückt, während A. ochraceus sehr schnell alle Körner infizierte. Obwohl P. verrucosum auch zu den Lagerpilzen zählt, stellte sich im Verlauf der Lagerung ein fast paritätisches Verhältnis zwischen diesem Pilz und F. graminearum ein. Diese Entwicklungen traten tendenziell auch bei der Lagerung von Körnern mit natürlicher mikrobieller Flora und Inokulation mit einem der Pilze auf. In Bezug auf die DON-Bildung hatten die in vivo-Interaktionen abhängig von den beteiligten Spezies unterschiedliche Auswirkungen. In der Interaktion zwischen F. graminearum und A. ochraceus erhöhte sich die Produktivität, während Interaktionen mit A. alternata bzw. P. verrucosum keinen Einfluss hatten. ZEA wurde verstärkt in den Modellen F. graminearum/A. ochraceus und teilweise auch in den Modellen mit P. verrucosum gebildet, wobei hier ein hemmender Effekt auf P. verrucosum beobachtet werden konnte. Der OTA-Gehalt steigt in fast allen Modellen während der Lagerung, jedoch ist eine Korrelation zu der Infektionsrate oder den Verhältnissen der Pilze zueinander nicht gegeben. <br /> Zusammenfassend lassen sich Entwicklungen hinsichtlich der Toxinbildung in einem mikrobiologisch komplexen System wie Getreide nur schwer prognostizieren. Die Lagerversuche haben gezeigt, dass sich die ausgewählten Pilze außer A. alternata unter suboptimalen Bedingungen stark vermehren und dabei Mykotoxine bilden. Die Bildung von DON konnte nicht als Vorteil des Produzenten gegenüber interagierenden Pilzen gewertet werden, nicht zuletzt entwickelten sich Mutanten von F. graminearum, die nicht in der Lage sind, DON zu synthetisieren, in vergleichbarer Weise wie der Wildtyp-Stamm. Ob die Interaktionen in Zusammenhang mit der ZEA-Synthese stehen oder die Bildung von ZEA einen Vorteil für den jeweiligen Pilz darstellt, ist spezies- und vermutlich auch stammspezifisch. <br /> Weitere Teilprojekte der Arbeit waren die Fluoreszenzmarkierung von E. coli, B. subtilis und F. graminearum zur in situ-Lokalisation von Interaktionspartnern und Proteomanalyse von filamentösen Pilzen mittels 2D-Gelelektrophorese.