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Freitag, 21.07.2017
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Nano-Architektur von Parasiten durchleuchtet

Unbekannte Strukturen im Zellskelett von Malaria- und Toxoplasmose-Erregern entdeckt

Eine bislang unbekannte Struktur haben Forscher im Zellskelett von Malariaparasiten und bei Erregern der Toxoplasmose entdeckt. Das neue Protein könnte eine entscheidende Bedeutung für die große Beweglichkeit der Krankheitserreger haben. Gleichzeitig haben die Parasitologen damit erstmals komplette einzellige Lebewesen mit Hilfe eines neuen bildgebenden Verfahrens durchleuchtet.
Das vordere Ende eines Malaria-Erregers dargestellt mittels Kryo-Elektronentomografie

Das vordere Ende eines Malaria-Erregers dargestellt mittels Kryo-Elektronentomografie

Parasiten als Bewegungskünstler


Einzellige Parasiten wie der Malaria-Erreger Plasmodium und Toxoplasma, der Überträger der Toxoplasmose, sind in manchen Stadien ihres komplizierten Lebenszyklus wahre Bewegungskünstler. Aber wie schaffen es die circa 15 Mikrometer kleinen Winzlinge, dabei so stabil zu sein, dass sie beispielsweise unbeschadet aus der Speicheldrüse einer Mücke gepresst werden oder sich durch das dichte Hautgewebe eines Menschen zwängen können?

Eine wichtige Rolle dafür spielen nach Ansicht der Wissenschaftler die Mikrotubuli, röhrenförmige Eiweißverbindungen, die in Zellen für Stabilität, Beweglichkeit und den Transport von Stoffen sorgen. Eine Arbeitsgruppe um Dr. Friedrich Frischknecht am Hygiene- Institut des Universitätsklinikums Heidelberg hat diese Strukturen mithilfe eines neuen Verfahrens jetzt genauer untersucht.

Unbekannte Struktur als „Stütze“?


Die Studie wendete unter Leitung von Marek Cyrklaff vom Max Planck Institut für Biochemie in Martinsried erstmals das Verfahren der Kryo-Elektronentomografie an. Die Untersuchung der tiefgekühlten Parasiten war für das Verfahren eine Premiere: "Uns gelingt es nun zum ersten Mal, ein komplettes einzelliges Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran mit Hilfe der Kryo-Elektronentomografie zu untersuchen", so Frischknecht.


Bei Plasmodium und Toxoplasma wurden die Forscher prompt fündig: Sie entdeckten eine Struktur, die in regelmäßigen Abständen das Innere der Wände der Mikrotubuli verdickt. Die Wissenschaftler vermuten, dass es sich bei der Struktur, die noch nie bei anderen Arten entdeckt wurde, um ein Eiweiß handelt, das die "Stützen" des Zellskeletts - die röhrenförmigen Mikrotubuli - verdickt und stabilisiert.

Unverfälschte Einblicke in die Nano-Welt


Vorteil des Verfahrens ist, dass die Untersuchungsobjekte direkt betrachtet werden können - ohne chemische Vorbehandlung, ohne Anfärben und ohne Dünnschnitt. Durch das blitzartige Einfrieren auf minus 196 Grad Celsius bleibt die räumliche Struktur und Anordnung aller Zellbestandteile vollständig erhalten. Im Elektronenmikroskop wird das Objekt aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt und die Bilddaten danach rechnerisch ausgewertet. Ein dreidimensionales Struktur-Modell mit einer Auflösung von bis zu vier Nanometern, also vier Millionstel Millimetern, entsteht. Gegenwärtig führt das Verfahren zu einer wahren Flut neuer Entdeckungen in der Zell-, Neuro- und Infektionsbiologie.

Neue Ziele für Krankheitsbekämpfung


Die Erkenntnisse geben nicht nur Einblick in die Struktur des Zellskeletts und in die Fortbewegung der Parasiten - sie könnten auch ein neues Ziel in der Bekämpfung von Malaria und Toxoplasmose aufzeigen. "Es ist denkbar, Medikamente zu entwickeln, die direkt an der neuartigen Zellskelettstruktur angreifen und damit zielgerichtet die Parasiten zerstören, menschliche Zellen jedoch verschonen", erklärt Frischknecht. Auch für die Krebsforschung könnten die Ergebnisse von Bedeutung sein: Krebszellen wuchern stark. Gelänge es, das stabilisierende Protein in sich rasant teilende Zellen einzubringen, könnte es die übermäßige Zellteilung möglicherweise bremsen.
(Universitätsklinikum Heidelberg, 20.06.2007 - NPO)
 
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