Ein interdisziplinäres Forscherteam enthüllt jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ erstmals die genaue Fortbewegungsstrategie des afrikanischen Trypanosoms. Dabei handelt es sich um einen Parasiten, der in Afrika die tödliche Schlafkrankheit beim Menschen bewirkt und auch in Rindern zu schwerwiegenden Erkrankungen führt.
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Mikroorganismen wie zum Beispiel Spermien haben ausgeklügelte Mechanismen für ihre Fortbewegung in wässriger Umgebung entwickelt, die entscheidend für ihre Funktion sind. Spermien verwenden die Schlagbewegung einer fadenförmigen Geißel zur Fortbewegung. Beim Trypanosom ist die Geißel am spindelförmigen Zellkörper angeheftet, der durch die Schlagbewegung stark deformiert wird.
Trypanosomen unter dem Mikroskop verfolgt
Sravanti Uppaluri vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen hat die Bewegung der Trypanosomen unter dem Mikroskop verfolgt und aus den aufgenommenen Filmen Schwimmpfade extrahiert. Diese wurden dann von Vasily Zaburdaev von der Technischen Universität Berlin mit statistischen Methoden analysiert. Solche Methoden sind notwendig, um aus verrauschtem Datenmaterial Erkenntnisse zu extrahieren.
Schwimmpfad mit Zickzack-Form
Während allerdings Mikrometer große Teilchen aufgrund ihrer wässrigen Umgebung eine ungeordnete, sogenannte Brownsche Bewegung ausführen, liegt bei den Trypanosomen der Grund für das Rauschen in Mechanismen innerhalb der Zelle und ist stark von der Schwimmgeschwindigkeit des Trypanosoms abhängig, wie Zaburdaev zeigen konnte, der zur Zeit an der Harvard- Universität arbeitet.
Aus der statistischen Analyse ergab sich, dass die schlagende Geißel eine schnelle irreguläre Hin- und Herbewegung des Zellkörpers bewirkt mit einer mittleren Dauer von einer Zwanzigstel Sekunde. Dies führt zu einer Zickzack-Form des Schwimmpfades. Trotz dieser irregulären Bewegung bei sehr kleinen Zeiten gelingt es dem Trypanosom während circa zehn Sekunden im Mittel geradeaus zu schwimmen. Das haben die Untersuchungen den Forschern zufolge gezeigt.
Fortbewegung von Trypanosomen aufgedeckt
Die neuen Ergebnisse tragen nach Angaben der Wissenschaftler zum tieferen Verständnis der Fortbewegung von Trypanosomen bei. Sie zeigen zudem beispielhaft, wie durch statistische Analyse, einem modernen Werkzeug der Theoretischen Physik, Systeme der belebten Natur und insbesondere die Beweglichkeit von Mikroorganismen besser verstanden werden.
Vor allem helfen sie aber auch beim Design von künstlichen Mikroschwimmern, die gerade in den letzten Jahren den Status der Vision verlassen haben und sehr real geworden sind. (Physical Review Letters, online 2011; http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i20/e208103)
(Technische Universität Berlin, 24.05.2011 – DLO)
