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Donnerstag, 27.07.2017
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Schlafkrankheit: Parasiten schwimmen um ihr Leben

Trypanosomen nutzen „Fahrtwind“ zur Antikörperabwehr

Der Schlafkrankheit fallen in den Tropen nach wie vor jährlich Tausende Menschen zum Opfer. Jetzt haben Wissenschaftler einen Einblick in das Verhalten des Erregers bekommen, der es ermöglichen könnte, mittelfristig die Schlafkrankheit zu heilen. In der Fachzeitschrift „Cell“ enthüllen sie, wie die Trypanosomen es schaffen, sich gegen die körpereigene Immunabwehr zu wehren.
Trypanosomen in Bewegung.

Trypanosomen in Bewegung.

Die Schlafkrankheit gehört heute zu den gefährlichsten "vergessenen Krankheiten" der Erde. Über 60 Millionen Afrikaner südlich der Sahara leben in akuter Gefahr, durch den Biss der Tsetse-Fliege mit dem Erreger, dem Einzeller Trypanosoma brucei, infiziert zu werden. Die wenigen, verfügbaren Medikamente stammen zum Teil noch aus Kolonialzeiten und sind extrem toxisch. Einen Impfstoff wird es aufgrund der antigenen Variabilität der Parasiten möglicherweise niemals geben.

Bis heute war unklar, wie die Trypanosomen angesichts der ständig steigenden Mengen von Antikörpern im Blut des Menschen überleben können. Biologen der TU Darmstadt um Professor Markus Engstler vom Institut für Mikrobiologie und Genetik haben in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation Göttingen nun gezeigt, dass Antikörper, die an der Oberfläche der Erreger andocken, mit großer Geschwindigkeit zum hinteren Ende der spindelförmigen Parasiten transportiert werden, wo sie rasch von den Zellen aufgenommen und verdaut werden: Der Einzeller frisst die für ihn tödlichen Antikörper.

Bisher verläuft die von den Einzeller ausgelöste Schlafkrankheit unbehandelt stets tödlich.

Bisher verläuft die von den Einzeller ausgelöste Schlafkrankheit unbehandelt stets tödlich.

Antikörper als molekulare Segel


Wie aber funktioniert dieser Transport? Die Hypothese, die von Engstler und Peter Overath von der Universität Tübingen entwickelt wurde, ist ebenso einfach wie provokant: Trypanosomen schwimmen ohne Unterlass und stets in eine Richtung. Die Bewegung der Zellen erzeugt eine Strömung, die über die sehr glatte Oberfläche der Einzeller streicht. Binden dort Antikörper, dann bieten sie der Strömung Widerstand und werden vom „Fahrtwind" nach hinten getrieben: exakt in Richtung Zellmund, wo sie gefressen werden und keine Meldung mehr an das Immunsystem machen können. Antikörper auf der Zelloberfläche von Trypanosomen funktionieren also gewissermaßen wie „molekulare Segel".


Die Hypothese, dass hydrodynamische Kräfte tatsächlich Moleküle in biologischen Membranen bewegen können, erschien den Forschern zunächst sehr unwahrscheinlich und war zuvor auch noch nie postuliert worden. Grund dafür sind die besonderen physikalischen Bedingungen an Grenzflächen im molekularen Maßstab. Hier sollte nach allgemeiner Auffassung der Fachwissenschaftler "hydrodynamische Flaute" herrschen.

Simulation bestätigt „Fahrtwind-Effekt“


Das Darmstädter Biologenteam prüfte daher diese "Segel- Hypothese" durch eine Vielzahl von Experimenten. Sie bestätigten die These: Je größer die Antikörper sind, desto ausgeprägter ist der Effekt. Kann aber dieser Fahrtwind-Effekt bei Objekten von der Größe eines Moleküls wirklich funktionieren? Ist diese an der Alltagswelt geschulte Anschauung auf der molekularen Skala überhaupt gültig? Thomas Pfohl und Stephan Herminghaus vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen haben diese Frage mathematisch betrachtet, im Computer simuliert und mit einem überraschend deutlichen "Ja!" beantwortet.

Der experimentelle Beweis gelang wiederum in der Gruppe von Engstler. Mithilfe der sogenannten "RNA-Interferenz", eines genetischen Tricks, für den es erst im letzten Jahr den Nobelpreis für Medizin gab, wurde den Trypanosomen beigebracht, den Rückwärtsgang einzuschalten. Das Resultat war so einfach wie überzeugend: Statt nach hinten zum "Maul" der Zelle zu wandern, schwammen die Antikörper jetzt zur Vorderseite der Zelle, genau wie es bei der Segel-Hypothese zu erwarten war.

Es scheint nun klar, warum Trypanosomen niemals aufhören vorwärts zu schwimmen, auch wenn sie im viel schneller strömende Blut des Menschen kaum vorankommen: Sie schwimmen um ihr Leben. Aus dieser Erkenntnis ergeben sich unmittelbar neue Therapieansätze: Wenn die Trypanosomen am Schwimmen gehindert werden könnten, wären sie dem Immunsystem hilflos ausgeliefert. Genau hier greifen die neuesten Experimente der Darmstädter Genetiker an, die auch in Zusammenarbeit mit Forschern in Kenia durchgeführt werden sollen.
(TU Darmstadt, 06.11.2007 - NPO)
 
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