MedUni Wien entdeckt, wie der multiresistente Erreger Candida auris CO₂ nutzt – und eröffnet damit neue Wege für dringend benötigte Therapien
Forschende der MedUni Wien entschlüsseln, wie der gefährliche Pilz Candida auris auf der Haut überlebt und resistent wird. Die Erkenntnisse könnten zu neuen Medikamenten führen.
Er gilt als einer der gefährlichsten Krankheitserreger unserer Zeit: Der Pilz Candida auris breitet sich weltweit in Krankenhäusern aus, ist gegen fast alle verfügbaren Medikamente resistent und kann bei immungeschwächten Patientinnen und Patienten tödlich enden. Nun haben Forschende der Medizinischen Universität Wien einen entscheidenden Durchbruch erzielt. Sie haben entschlüsselt, wie dieser bedrohliche Erreger auf der menschlichen Haut überlebt – und damit potenzielle Angriffspunkte für künftige Therapien identifiziert.
Candida auris wurde erstmals 2009 in Japan entdeckt und hat sich seither zu einem globalen Gesundheitsproblem entwickelt. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) stuft den Erreger als prioritären fungalen Krankheitserreger ein – und das aus gutem Grund. Anders als andere Pilzinfektionen entwickelt Candida auris rasant Resistenzen gegen nahezu alle verfügbaren Antimykotika, also Medikamente zur Behandlung von Pilzerkrankungen.
Besonders besorgniserregend: Der Pilz besiedelt bevorzugt die Hautoberfläche und verbreitet sich in Kliniken rasant über direkten Hautkontakt. Für Menschen mit geschwächtem Immunsystem – etwa Krebspatientinnen und -patienten, Transplantierte oder schwer Erkrankte auf Intensivstationen – können Infektionen lebensbedrohlich sein. Die Sterblichkeitsraten bei schweren Candida auris-Infektionen werden mit bis zu 70 Prozent angegeben.
Die nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Microbiology veröffentlichte Studie bringt erstmals Licht ins Dunkel der Überlebensstrategien dieses gefährlichen Erregers. In enger Zusammenarbeit zwischen den Forschungsgruppen von Adelheid Elbe-Bürger an der Universitätsklinik für Dermatologie der MedUni Wien und Karl Kuchler von den Max Perutz Labs Vienna gelang ein entscheidender Durchbruch.
Das internationale Forschungsteam konnte nachweisen, dass Candida auris eine raffinierte CO₂-basierte Stoffwechselstrategie nutzt. Der Pilz hat gelernt, selbst geringste Mengen Kohlendioxid zu verwerten, um in der nährstoffarmen Umgebung der menschlichen Haut nicht nur zu überleben, sondern auch Resistenzen gegen Medikamente zu entwickeln.
"Candida auris nutzt minimale CO₂-Konzentrationen, um seine Energieproduktion aufrechtzuerhalten und Stress durch Antimykotika zu überstehen. Diese Fähigkeit verschafft ihm einen entscheidenden Überlebensvorteil – besonders auf der Hautoberfläche", erklärt Adelheid Elbe-Bürger.
Mithilfe modernster Multi-Omics-Analysen, die verschiedene biologische Datenebenen kombinieren, identifizierte Erstautor und MedUni Wien-Doktorand Trinh Phan-Canh ein zentrales Enzym: die Carboanhydrase. Dieses Schlüsselenzym ermöglicht es dem Pilz, geringe CO₂-Mengen in verwertbare Stoffwechselprodukte umzuwandeln.
Durch diesen Mechanismus kann Candida auris in seinen Mitochondrien – den Kraftwerken der Zelle – Energie erzeugen. Das versetzt den Erreger in die Lage, sowohl den Nährstoffmangel auf der Haut als auch den therapeutischen Stress durch Medikamente zu kompensieren. Es ist, als hätte der Pilz einen eigenen Notstromgenerator entwickelt, der ihm selbst unter widrigsten Bedingungen das Überleben sichert.
Eine weitere überraschende Erkenntnis der Studie betrifft die Zusammenarbeit von Candida auris mit anderen Mikroorganismen. Die Forschenden konnten nachweisen, dass der Pilz mit bestimmten Bakterien des Hautmikrobioms kooperiert – genauer gesagt mit sogenannten urease-positiven Bakterien.
Diese Bakterien spalten Harnstoff, der über die Schweißdrüsen auf die Haut gelangt, in Kohlendioxid. Das dabei entstehende CO₂ dient Candida auris als zusätzlicher Energielieferant. Dieser mikrobiologische Verbund könnte ein entscheidender Faktor dafür sein, warum sich der Pilz in Kliniken so effektiv ausbreitet und so schwer zu bekämpfen ist.
Diese Erkenntnis eröffnet einen völlig neuen Ansatz für die Infektionsprävention: Gelänge es, die Urease-Aktivität der beteiligten Bakterien zu hemmen, würde die lokale CO₂-Konzentration auf der Haut sinken – und damit auch die Überlebenschancen von Candida auris.
Besonders bedeutsam für die klinische Praxis sind die therapeutischen Perspektiven, die sich aus den Forschungsergebnissen ergeben. Das Team identifizierte mehrere mögliche Angriffspunkte entlang des CO₂-abhängigen Stoffwechselwegs des Pilzes.
Ein besonders vielversprechender Ansatz betrifft das mitochondriale Cytochrom bc1, ein Proteinkomplex in der Energieproduktionskette des Pilzes. Die Forschenden konnten zeigen, dass eine gezielte Hemmung dieses Komplexes den Energiestoffwechsel von Candida auris empfindlich schwächt.
Noch wichtiger: Diese Hemmung steigert gleichzeitig die Wirksamkeit von Amphotericin B, einem der wenigen verbliebenen Antimykotika, die gegen Candida auris noch wirksam sind. Amphotericin B gilt als eines der wichtigsten Medikamente zur Behandlung schwerer Pilzinfektionen, hat aber erhebliche Nebenwirkungen und verliert zunehmend an Wirksamkeit.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir den Pilz an völlig neuen Stellen angreifen können. Die Kombination aus Stoffwechselhemmung und verstärkter AMB-Wirksamkeit eröffnet vielversprechende Perspektiven für neue Therapien", betont Karl Kuchler von den Max Perutz Labs.
Im Zuge ihrer Forschungen identifizierte das Team auch eine neue chemische Verbindung, die gezielt Cytochrom bc1 hemmt. Diese Substanz könnte die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von Antimykotika darstellen – Medikamente, die dringend benötigt werden, da die vorhandenen Therapieoptionen zunehmend versagen.
Bis zur Marktreife eines solchen Medikaments ist es zwar noch ein weiter Weg, der klinische Studien und Zulassungsverfahren umfasst. Doch die Studie liefert die wissenschaftliche Grundlage, auf der künftige Entwicklungen aufbauen können.
Die Zahl schwerer Candida auris-Infektionen steigt weltweit seit mehr als 15 Jahren kontinuierlich an. Ausbrüche wurden mittlerweile auf allen Kontinenten dokumentiert, von den USA über Europa bis nach Asien und Afrika. Die COVID-19-Pandemie hat das Problem zusätzlich verschärft, da viele Patientinnen und Patienten auf Intensivstationen ein erhöhtes Risiko für Pilzinfektionen haben.
Bislang waren die zugrunde liegenden Mechanismen, die Candida auris so erfolgreich und gefährlich machen, unzureichend verstanden. Die neue Studie schließt diese Wissenslücke und liefert wichtige Grundlagen für die Entwicklung dringend benötigter Therapieansätze.
Die Studie ist ein eindrucksvolles Beispiel für die Leistungsfähigkeit der österreichischen Grundlagenforschung. An der Arbeit waren neben den Wiener Forschungsgruppen auch internationale Partner beteiligt, darunter Expertinnen und Experten aus Italien, Indien und den USA.
Die Veröffentlichung in Nature Microbiology, einer der renommiertesten Fachzeitschriften für mikrobiologische Forschung, unterstreicht die Bedeutung der Erkenntnisse für die wissenschaftliche Gemeinschaft weltweit. Die Studie wurde unter dem Titel "Candida auris skin tropism and antifungal resistance are mediated by carbonic anhydrase Nce103" veröffentlicht.
Für Menschen, die aktuell von einer Candida auris-Infektion betroffen sind, ändert sich durch die Studie zunächst nichts an den verfügbaren Behandlungsmöglichkeiten. Die neuen Erkenntnisse müssen erst in klinische Anwendungen übersetzt werden, was Jahre dauern kann.
Dennoch gibt die Forschung Anlass zur Hoffnung. Mit jedem neuen Verständnis der Überlebensmechanismen des Erregers wächst die Chance, wirksame Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Die Identifizierung der Carboanhydrase als Schlüsselenzym und die Entdeckung der Rolle des Hautmikrobioms eröffnen gleich mehrere Wege, die parallel verfolgt werden können.
Für Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen könnten die Erkenntnisse mittelfristig auch zu verbesserten Präventionsstrategien führen. Das Verständnis, wie sich Candida auris auf der Haut etabliert und verbreitet, ist die Voraussetzung dafür, gezielte Maßnahmen zur Eindämmung zu entwickeln.
Trotz des wissenschaftlichen Durchbruchs bleibt Candida auris eine ernsthafte Bedrohung. Die Resistenzentwicklung gegen Antimykotika schreitet fort, und neue Behandlungsoptionen werden dringend benötigt. Die Wiener Forschung hat einen wichtigen Beitrag geleistet, doch der Kampf gegen diesen und andere multiresistente Erreger erfordert anhaltende Anstrengungen in Forschung, Klinik und öffentlicher Gesundheit.
Die Studie zeigt einmal mehr, wie wichtig Grundlagenforschung für die Bewältigung aktueller Gesundheitsherausforderungen ist. Nur durch das tiefe Verständnis biologischer Mechanismen können neue Therapien entwickelt werden – ein Prozess, der Geduld, Ressourcen und internationale Zusammenarbeit erfordert.