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Freitag, 26.05.2017
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Schlafkrankheit: Erreger beherrscht drei „Gangarten“

Erstmals genaue Fortbewegungsmuster von Trypanosoma entschlüsselt

Der Erreger der Schlafkrankheit ist nicht nur extrem mobil, der Einzeller beherrscht auch drei verschiedenen „Gangarten“: Torkelnd, schnell und gerichtet oder eine Mischung aus beidem. Diese neue Erkenntnis über die genauen Fortbewegungsmuster des Parasiten könnte dazu beitragen, effektivere Waffen gegen die tödliche Krankheit zu finden.
Trypanosomen neben Blutkörperchen

Trypanosomen neben Blutkörperchen

Der Erreger der Schlafkrankheit, die in Afrika und Südamerika jährlich tausende Todesopfer fordert, gehört zu den mobilen Einzellern: Eigenständig schwimmt er durch den Blutkreislauf seines Wirtes, bis er im letzten Stadium der Krankheit die Blut-Hirn-Schranke überwindet und ins Gehirn seines Opfers vordringt. Wie sich der Einzeller dabei genau fortbewegt, war jedoch bisher nicht bekannt, da sein Körperbau relativ kompliziert ist: Die wahrscheinlich als Hauptmotor dienende Geißel schließt nicht wie beim Spermium schwanzartig an den Zellkörper an. Stattdessen ist sie auf der gesamten Länge der Zelle mit ihr verbunden. Fest steht nur, dass die Fortbewegungsmethode der Trypanosomen äußerst effizient ist: Mit Geschwindigkeiten zwischen 20 und 40 Mikrometern pro Sekunde schwimmen sie durch die Blutbahn ihrer Opfer.

Forscher vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) sowie der Universitäten Würzburg, Göttingen und Basel haben nun erstmals gezeigt, dass der Erreger Trypanosoma brucei, der Rinder befällt, zu gleich drei verschiedenen Fortbewegungsarten fähig ist. Unter dem Mikroskop verfolgten die Wissenschaftler die genauen Pfade, die einzelne Zellen in einem Zeitraum von einigen Sekunden innerhalb einer Nährlösung einschlugen, und werteten diese statistisch aus.

Drei Gruppen mit unterschiedlichen „Gangarten“


Die Parasiten ließen sich daraufhin in drei Gruppen einteilen. Während sich die einen mehrere Sekunden lang in ein und dieselbe Richtung bewegten, torkelten die anderen wie betrunken wahllos mal in diese, mal in jene Richtung. „Unterm Strich kommen sie so kaum von der Stelle“, beschreibt Max-Planck-Forscher Sravanti Uppaluri diese Gruppe. Eine dritte Klasse wechselt zwischen beiden Fortbewegungsmustern.


Torkelnde (oben) und zielgerichtete Schwimmer

Torkelnde (oben) und zielgerichtete Schwimmer

Um zu untersuchen, warum die jeweilige Zelle eine bestimmte „Gangart“ bevorzugt, war ein noch genauerer – und vor allem schnellerer – Blick auf die Trypanosomen nötig. „Zunächst mussten wir dazu eine Zelle über einen bestimmten Zeitraum verfolgen und das Fortbewegungsmuster identifizieren“, so
Uppaluri. Danach konnte die Wissenschaftlerin mithilfe von Hochgeschwindigkeitsmikroskopen, die eine schnelle Bildabfolge von mehreren tausend Aufnahmen in der Sekunde und eine höhere räumliche Auflösung ermöglichen, einen genaueren Blick auf die anatomischen Eigenheiten der Zellen werfen.

Durch Messen des Abstandes zwischen beiden Zellenden ergab sich, dass die zielgerichteten Schwimmer eine gestrecktere Form haben und somit steifer sind als ihre torkelnden „Brüder“. Die torkelnden Trypanosomen hingegen erwiesen sich als eher gekrümmt, was auf einen flexibleren Zellkörper schließen lässt.

Ursachen für Unterschiede noch unklar


Der Grund für diese anatomischen Unterschiede innerhalb einer Gruppe von Trypanosomen ist bisher unklar. „Es ist denkbar, dass es sich um verschiedene Stadien im Lebenszyklus des Parasiten handelt“, sagt Thomas Pfohl von der Universität in Basel. Die gezielte Vorwärtsbewegung könnte zur letzten Phase gehören, in der sich der Erreger in das Gewebe des Opfers bohrt. Eine andere Erklärungsmöglichkeit wäre, dass die Einzeller speziell bei der Suche nach Nahrung die gerichtete Bewegungsstrategie wählen.

Vor einigen Jahren bereits hatten die Würzburger Forscher zusammen mit ihren Kollegen vom MPIDS entdeckt, dass rasches Schwimmen den Trypanosomen hilft, Antikörpern zu entgehen. Denn die Strömung, die dabei über die glatte Oberfläche der Erreger streicht, reißt die Antikörper stromabwärts in Richtung Zellmund, wo sie gefressen werden. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler deshalb untersuchen, in welcher „Gangart“ diese Überlebensstrategie besonders gut oder besonders schlecht funktioniert.

„Möglicherweise sind die Trypanosomen, die wahllos hin und her torkeln, angreifbarer als ihre stromlinienförmigeren Kollegen“, so Pfohl. Das genaue Verständnis der Bewegungsmuster könnte so helfen, einen Ansatz zu finden, die Parasiten gezielt zu bekämpfen. (PloS Computational Biology, 16. Juni 2011)
(Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, 21.06.2011 - NPO)
 
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