Pilz: Hausschwamm nutzt chemische Keule gegen Holz

Forscher haben herausgefunden, wie der Hausschwamm Holz zerfressen kann, obwohl ihm dafür eigentlich ein entscheidendes Enzym fehlt. Die Erklärung: Der Pilz nutzt ein chemisches Hilfsmittel, ein kleines Farbstoffmolekül. Dieses löst eine Reaktion aus, die das harte Holzmaterial zersetzt, berichten die Forsche im Fachmagazin „Science“. Der Vorteil dieser Methode: Sie ist für den Hausschwam energetisch deutlich sparsamer als der „normale“ Weg mittels Enzym.

Er ist eine echte Gefahr für alte Gebäude: der Hausschwamm. Unbemerkt breitet er sich oftmals über Jahre in tragenden Balken der Bausubstanz aus. Die Folge: Das befallende Holz wird morsch und verliert seine Tragfähigkeit. Obwohl der Hausschwamm – wissenschaftlich Serpula lacrymans – seit Jahrhunderten den Menschen begleitet, ist das Wissen über die Lebensweise dieses Pilzes bislang erstaunlich gering. Forschern der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Hans-Knöll-Institut) ist es jetzt gemeinsam mit einem großen internationalen Team gelungen, dem Hausschwamm einige seiner Geheimnisse zu entlocken.

Der echte Hausschwamm gehört zu den sogenannten Braunfäuleerregern. „Diese Pilze spielen eine wichtige Rolle im Stoffkreislauf unserer Wälder“, erläutert Dirk Hoffmeister von der Universität Jena. Sie zersetzen das Holz abgestorbener Bäume und sorgen so dafür, dass das organische Material recycelt wird. „Allerdings greifen Braunfäulepilze nur einen bestimmten Bestandteil des Holzes an – die Zellulose“, so der Professor für Pharmazeutische Biologie weiter. Das Holz verliere nach und nach seine Zellulosefasern und damit seine Stabilität. Zurück bleiben braune, pulvrig-morsche Reste. Diese Überreste enthalten die zweite wichtige Komponente des Holzes: das Lignin.

Rätsel der fehlenden Gene

In ihrer aktuellen Studie konnten die Wissenschaftler nun zeigen, warum es die Braunfäulepilze ausschließlich auf die Zellulose abgesehen haben. Dafür haben sie das Genom des Hausschwamms entschlüsselt und mit dem Erbgut anderer holzabbauender Pilze verglichen. „Dem Hausschwamm und anderen Braunfäulepilzen fehlen ganz einfach die Gene für die Enzyme zum Lignin-Abbau“, nennt Dirk Hoffmeister eine zentrale Erkenntnis. Dies werfe jedoch die Frage auf, wie die Pilze überhaupt an die Zellulose herankommen. Denn im Holz liegen die Zellulosefasern in eine Lignin-Matrix eingebettet vor. „Um die Zellulose zu verarbeiten, müssen die Pilze folglich zuerst das Lignin aufspalten.“

Pilz knackt Ligin mit Hilfe von Farbstoffmolekülen

Wie das den Pilzen ganz ohne Enzyme gelingt, das haben Hoffmeister und sein Mitarbeiter Patrick Schneider in enger Kooperation mit dem Jenaer Hans-Knöll-Institut untersucht. „Die Pilze nutzen kleine Farbstoffmoleküle, um das Biopolymer Lignin zu knacken“, erläutert Prof. Hoffmeister, der sich auf die Erforschung niedermolekularer Naturstoffe aus Pilzen spezialisiert hat. Ein bestimmtes Pigment – die so genannte Variegat-Säure – hilft dem Pilz Eisen zu reduzieren. Im Zusammenspiel mit hochreaktivem Wasserstoffperoxid dient das Eisen dann dazu, das komplexe Lignin-Gerüst zu spalten. „Indem die Pilze eine rein chemische Reaktion ausnutzen, brauchen sie nicht in den energetisch aufwändigen enzymatischen Abbau zu investieren“, sagt Dirk Hoffmeister.

Einsparung der Enzyme im Laufe der Evolution

Wie die nun vorliegenden genetischen Analysen zeigen, haben die Braunfäulepilze die Enzyme zum Lignin-Abbau aber erst im Laufe ihrer Evolution „ausrangiert“. Der Verzicht auf den enzymatischen Lignin-Abbau, so vermuten die Wissenschaftler, half den Pilzen einerseits Energie zu sparen. „Andererseits war der Hausschwamm gezwungen, einen anderen Weg zu finden, um an die Energiequelle Zellulose zu gelangen. Es sind die kleinen Moleküle, die dem Hausschwamm das Leben erleichtern – und uns Menschen damit Probleme bereiten können“, resümiert Prof. Hoffmeister mit Blick auf die Bauschäden, die der Pilz verursachen kann. (Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1205411).

(Universität Jena, 22.08.2011 – NPO)