Ook paddenstoelen worden ziek, maar hoe werkt hun immuunsysteem

Ook paddenstoelen worden ziek, maar hoe werkt hun immuunsysteem?

Combinatie onderzoekstechnieken leidt tot nieuwe inzichten

Net als dieren en planten kunnen paddenstoelen ziek worden door een besmetting met een virus, bacterie of andere schimmel. En wanneer een ziekte een paddenstoelenkwekerij bereikt, kan dat tot aanzienlijke economische schade leiden. Toch is er maar weinig bekend over hoe paddenstoelen zichzelf beschermen tegen ziekteverwekkers, en wordt daar ook weinig onderzoek aan gedaan. Erik Beijen dook voor zijn promotieonderzoek in het immuunsysteem van paddenstoelen. Vandaag verdedigt hij zijn proefschrift.

Schimmels hebben niet de beste reputatie, en mensen associëren ze misschien vooral met rottend fruit en huidinfecties. Paddenstoelen, de vruchtlichamen van bepaalde schimmels, en hun namen spreken vaak wel tot de verbeelding. Denk maar aan het elfenbankje, eekhoorntjesbrood, duivelsei en de vliegenzwam, rood met witte stippen. Desondanks worden paddenstoelen qua wetenschappelijk onderzoek een beetje over het hoofd gezien.

Volgens Beijen komt dat misschien deels doordat paddenstoelen minder economische waarde hebben dan planten. Maar paddenstoelen worden ook door mensen gegeten, en ziekten kunnen paddenstoelenkwekers veel geld kosten. Zo zorgt de ziekteverwekkende schimmel Lecanicillium fungicola alleen al voor 300 miljoen euro schade per jaar in Europa. Beijen geeft aan dat meer kennis over het immuunsysteem van paddenstoelen in de toekomst kan helpen bij de bestrijding van ziekten bij economische belangrijke paddenstoelensoorten.

Het waaiertje

Beijen deed zijn onderzoek aan Schizophyllum commune, ook bekend als het waaiertje, een paddenstoel die bijna overal ter wereld voorkomt en voornamelijk op dood hout groeit. Deze soort groeit snel en kan in het lab binnen tien dagen paddenstoelen vormen. Bovendien zijn er technische hulpmiddelen beschikbaar om de schimmel genetisch te analyseren en aan te passen. Mede daarom wordt er relatief veel onderzoek gedaan met het waaiertje. Ook in de Fungal Genomics groep van Robin Ohm, waar Beijen zijn promotieproject deed, wordt deze schimmel vaak gebruikt.

Omdat er nog zo weinig bekend is over het immuunsysteem, heb ik me gericht op het laaghangende fruit.

Genexpressie

Om inzicht te krijgen in het immuunsysteem van het waaiertje, volgde Beijen verschillende stappen. Eerst liet hij de schimmel groeien in een petrischaal, alleen of samen met een ziekteverwekkende bacterie of schimmel. Hij verzamelde vervolgens stukjes materiaal van het waaiertje, zowel van de alleen groeiende schimmel als van de schimmel die in contact was gekomen met de ziekteverwekkers. Daarna keek de promovendus naar de genexpressie van dat materiaal: welke genen staan er 'aan' en worden overgeschreven naar RNA, de moleculen die uiteindelijk worden vertaald naar eiwit. Want veel genen staan niet altijd aan, maar worden pas geactiveerd als het eiwit waarvoor het gen codeert nodig is.

Beijen: "We bekeken eerst welke genen 'aanstonden' bij waaiertjes die in contact kwamen met ziekteverwekkers, maar 'uitstonden' bij waaiertjes die niet in contact waren met ziekteverwekkers. Zo vonden we meer dan tien transcriptiefactoren, eiwitten die zelf een hele reeks aan andere genen aan- of uitzetten. Bij contact met ziekteverwekkers werden de genen die coderen voor deze transcriptiefactoren dus vaker omgezet naar RNA. Van deze genen selecteerden we er drie, waarvan we wisten dat ze goed uit te schakelen waren."

Genen uitschakelen

Want dat was het plan van Beijen: de genen die coderen voor de transcriptiefactoren uitschakelen om onder andere te kijken op welke genen dat vervolgens weer invloed had. Het uitschakelen van de genen deed Beijen met CRISPR-Cas9, een soort "DNA-schaar" waarmee je DNA op specifieke plekken open kunt knippen.

"Met CRISPR-Cas9 knipten we de complete genen uit het DNA van het waaiertje. Toen we de genetisch aangepaste waaiertjes vervolgens weer samen lieten groeien met dezelfde ziekteverwekkers, zagen we dat ze zich minder goed konden verdedigen," geeft Beijen aan. "Dat laat zien dat deze transcriptiefactoren inderdaad een rol spelen bij het afweersysteem van de paddenstoel."

Aanval en verdediging

Vervolgens bekeek Beijen welke genen er wel werden geactiveerd bij contact met ziekteverwekkers in niet aangepaste waaiertjes, maar niet bij de genetische aangepaste waaiertjes. Zo was hij in staat genen te identificeren die mogelijk aangezet worden door de transcriptiefactoren.

Het is mooi om vier jaar lang je hersens te kunnen breken op fundamenteel onderzoek zoals dit. Maar ik ben er nu wel aan toe om te werken aan een product of toepassing.

"Dat blijken onder andere genen te zijn die ervoor zorgen dat het waaiertje bepaalde stoffen uitscheidt, zodat de schimmel zichzelf kan beschermen of zijn belager actief kan aanvallen. Daarnaast vonden we ook genen waarvan we weten dat ze giftige stoffen, zoals die gemaakt worden door ziekteverwekkers, uit cellen pompen. Het is dus goed te verklaren waarom juist die genen geactiveerd worden bij contact met de ziekteverwekkers."

Champignons

Beijen geeft aan dat dit pas de eerste stappen zijn in het verkrijgen van begrip over hoe het afweersysteem van paddenstoelen werkt. "Omdat er nog zo weinig bekend is over het immuunsysteem, heb ik me gericht op het laaghangende fruit. Bovendien wordt het waaiertje in Azië soms wel gegeten, maar heeft hier geen grote economische waarde. Het zou mooi zijn als we dit onderzoek bijvoorbeeld kunnen vertalen naar de champignon."

Meer toegepast

Beijen was voordat hij biologie ging studeren niet bijzonder begaan met paddenstoelen. Maar toen hij tijdens zijn studie het vak Eukaryote Microbiologie volgde, wist schimmelprofessor Han Wösten hem enthousiast te maken voor schimmels.

Nu gaat hij nog een jaar door als postdoc-onderzoeker in Utrecht en hoopt hij de tijd te vinden om een begin te maken met het onderzoek naar de champignon. Daarna gaat hij graag door in het onderzoek, maar dan wel iets meer toegepast. "Het is mooi om vier jaar lang je hersens te kunnen breken op fundamenteel onderzoek zoals dit. Maar ik heb een sterke maatschappelijke drive en ben er nu wel aan toe om te werken aan een product of toepassing."