Polyphasic taxonomic revision of the Mucoraceae (Mucoromycotina)
Final Report Abstract
Die Taxonomie der Mucoraceae wurde erstmalig auf der Basis von Multi-Locus-Analysen als auch von phänotypischen Merkmalen wie Morphologie und Temperaturtoleranz überarbeitet. Bisher galt die Gattung Mucor als polyphyletisch, doch in der auf acht Markern basierenden Phylogenie ist sie paraphyletisch. Gattungen wie Actinomucor, Hyphomucor, Kirkomyces und Parasitella, die aufgrund geringer morphologischer Unterschiede oder einer abweichenden Ökologie abgetrennt wurden, gehören zur Gattung Mucor. Die übrigen Gattungen innerhalb der molekular phylogenetischen Grenzen der Gattung Mucor wie Ellisomyces, Helicostylum, Pilaira, Pirella und Thamnidium sind Dungbewohner und bilden, wahrscheinlich in Anpassung an dieses Habitat, komplexere morphologische Strukturen, die sich gemessen an den Astlängen im phylogenetischen Baum in kurzen evolutionären Zeiträumen entwickelt haben. Die nah verwandten Familien der Backusellaceae, Mycotyphaceae und Rhizopodaceae sind monophyletisch, klar von den Mucoraceae abgegrenzt und basal zu ihnen positioniert. Multilocus-Analysen des Mucor circinelloides Komplexes enthüllten mit 16 phylogenetischen Spezies (PS) eine deutlich höhere Diversität als bisher angenommen. Die Formen von Mucor circinelloides bildeten keine monophyletische Gruppe und unter ihnen war keine Rekombination nachweisbar. Vierzehn der 16 nachgewiesenen PS waren auch phänotypisch abgrenzbar. In Kreuzungstests bildete Form circinelloides mit anderen Formen kleinere Zygosporen in geringerer Zahl, was zusammen mit der fehlenden Rekombination zwischen den Formen die Vermutung nahelegt, dass es sich um eine eigenständige Art handelt und nur große Zygosporen in der Lage sind zu keimen. Bisher nicht beschriebene PS des Komplexes besaßen zudem eigene morphologische Merkmale und nicht intermediäre Merkmale der Formen. Daher wurden die Formen des M. circinelloides Komplexes als eigenständige Arten anerkannt, im Falle von Form janssenii sogar als 2 Arten: M. janssenii und M. velutinosus. Außerdem wurden fünf neue Arten beschrieben. Das neue Artkonzept wird durch weitere Ergebnisse des Projektes unterstützt. Bei der Resistenztestung zeigte sich, dass die neuen Arten spezifische Resistenzprofile für die Antimykotika Itraconazol, Isavuconazol und Posaconazol aufweisen, durch deren Kenntnis nun eine gezielte Auswahl des Therapeutikums möglich ist. Außerdem besitzen sie unterschiedliche maximale Wachstumstemperaturen und infolgedessen eine unterschiedliche klinische Bedeutung: während M. velutinosus und M. circinelloides in klinischen Quellen dominieren, tritt M. griseocyanus nur als Erreger von oberflächlichen Mykosen in Erscheinung. Anhand von Literaturrecherchen, molekularen Speziesidentifizierungen zahlreicher klinischer Isolate und Temperaturprofilen wurde das pathogene Potential der Mucoraceae neu bewertet. Insgesamt 12 Mucor-Arten wurden als pathogen eingeschätzt. Basierend auf ausschließlich phänotypischen Merkmalen wurde ein Bestimmungsschlüssel für den M. circinelloides Komplex erstellt, der es allen Laboren ermöglicht, klinische Mucor-Isolate korrekt zu bestimmen. Zusammen mit den nun verfügbaren Sequenzen für alle klinisch relevanten Arten erwarten wir Verbesserungen in der molekularen Diagnostik und einen deutlichen Zuwachs an Wissen über Verbreitung, Biologie und Epidemiologie dieser Arten als Voraussetzung für die Prävention von Mucormycosen. Mittels MALDI-ToF-Spektren lassen sich einige Mucor-Arten bereits zuverlässig bestimmen, für die sichere Identifizierung der Arten des M. circinelloides Komplexes sind noch weitere Analysen nötig. Ein großer Erfolg des Projektes war die erstmalige Beobachtung einer Zygosporen-Keimung bei M. circinelloides. Da das Ergebnis erfolgreich reproduziert werden konnte, stehen nun Test-Stämme für die Erforschung dieses Phänomens zur Verfügung. Die Erkenntnis, dass die Bildung von normal ausgebildeten Zygosporen zwischen zwei Stämmen zwar enge Verwandtschaft, aber nicht zwingend die Zugehörigkeit zur selben Art anzeigt, ist bedeutsam für Interpretation der Artgrenzen innerhalb der gesamten Mucorales. Aufgrund ihres Reichtums an Enzymen und dem Potential zur Bildung von interessanten Metaboliten wie Carotinoiden und mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind Mucoraceae biotechnologisch interessant. Als Ergebnis des Projektes steht nun eine Liste an Hefe bildenden Mucoraceae zur Verfügung, die es Biotechnologie-Unternehmen ermöglicht, gezielt nach Produzentenstämmen zu suchen und somit die Mucoraceae für die Biotechnologie zu erschließen.
Publications
- (2017) Circinella simplex - a misapplied name of Mucor circinatus sp. nov. Phytotaxa 329(3): 269-276
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(See online at https://doi.org/10.11646/phytotaxa.329.3.8) - (2019) A revised species concept for opportunistic Mucor species reveals species specific antifungal susceptibility profiles. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 63(8): e00653-19
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(See online at https://doi.org/10.1128/AAC.00653-19) - (2019) Outbreaks of Mucorales and the species involved. Mycopathologia
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(See online at https://doi.org/10.1007/s11046-019-00403-1) - (2019) Updates on the taxonomy of Mucorales with an emphasis on clinically important taxa. Journal of Fungi 5(4): 106
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(See online at https://doi.org/10.3390/jof5040106) - (2019b) A new species concept for the clinically relevant Mucor circinelloides complex. Persoonia
Wagner L, Stielow JB, de Hoog GS, Bensch K, Schwartze VU, Voigt K, Alastruey-Izquierdo A, Kurzai O, Walther G
(See online at https://doi.org/10.3767/persoonia.2020.44.03)
