Forschungsbericht 2021 - Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie

Das geheime Leben der Malariaparasiten während der Trockenzeit

Autoren
Portugal, Silvia; Denkhaus, Christian
Abteilungen
Lise-Meitner-Gruppenleiterin Biologie der Malariaparasiten
Zusammenfassung
Malaria wird durch den Parasiten Plasmodium verursacht und von Moskitos auf den Menschen übertragen. Was aber geschieht, wenn während einer Trockenzeit keine Moskitos vorhanden sind? Unsere Forschungsgruppe untersucht die Mechanismen, die Malariaparasiten nutzen, um Trockenzeiten in ihrem Wirt zu überleben. Wir arbeiten mit einer Partnergruppe des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie in Bamako, Mali, zusammen, wo wir über 600 Probanden über lange Zeiträume hinweg untersuchen.

Einführung

Malaria wird durch Moskitos der Gattung Anopheles übertragen. Der eigentliche Auslöser der Krankheit ist aber ein mikroskopisch kleiner Parasit, Plasmodium in der Fachsprache genannt. Dieser Parasit gehört zur Gruppe der Protozoen – winzige Organismen, die nur aus einer Zelle bestehen, aber komplexer sind als Bakterien oder Viren. Diese Komplexität spiegelt sich unter anderem in dem zweiteiligen Lebenszyklus des Parasiten wider: Plasmodium vermehrt sich sexuell in Moskitos und nach der Übertragung durch einen Stich ungeschlechtlich im Menschen.

Der Parasit dringt nach einem Moskitostich in die menschliche Haut ein und bewegt sich zum nächstgelegenen Blutgefäß, um im Körper zirkulieren zu können. Auf diese Weise gelingt es Plasmodium, in Leberzellen einzudringen. Dort vermehrt sich der Erreger schnell, es entstehen mehrere Tausend Tochterzellen. Nachfolgend schwärmen die Parasiten in großer Zahl zurück in die Blutbahn und "kapern" rote Blutkörperchen. Dort vermehren sie sich asexuell in Zyklen von etwa 48 Stunden, bis die infizierte Zelle platzt und neue rote Blutkörperchen infiziert werden. Mit zunehmender Anzahl und dem synchronen Platzen vieler roter Blutkörperchen am Ende eines jeden Zyklus treten die typischen Malaria-Symptome wie Fieber oder Gliederschmerzen auf. Bleibt die Malaria unbehandelt, vermehrt sich der Parasit fast ungestört – dies kann vor allem bei Kindern tödlich sein.

Keine Moskitos, keine Parasiten?

Nach einigen Vermehrungszyklen befinden sich viele Parasiten im Blut. Einige davon wandeln sich in die geschlechtlichen Formen um, die die Moskitos bei späteren Stichen aufnehmen und auf andere Menschen übertragen können. Was aber, wenn kein Moskito sticht? In den subtropischen Regionen Afrikas, wo Malaria weit verbreitet ist, kommt dies regelmäßig vor. Während der Trockenzeit gibt es keine Pfützen oder Tümpel, in denen Moskitolarven schlüpfen können, sodass mehrere Monate lang keine Moskitos auftreten. Dieser lange Zeitraum könnte für den Erreger gefährlich werden, denn es kann passieren, dass der Parasit seinen Wirt „versehentlich“ und damit sich selbst tötet oder aber vom Immunsystem des Wirts erfolgreich eliminiert und beseitigt wird. Das ist jedoch oft nicht der Fall, denn immer wieder beobachten wir, dass in der Trockenzeit keinerlei klinische Malariafälle auftreten. Vor allem bei Kindern beobachten wir in der Trockenzeit asymptomatische Infektionen; diese bilden ein Reservoir für den Neustart der Parasitenübertragung in der folgenden Regenzeit, wenn Moskitos zurückkehren [1].

Um zu verstehen, wie Plasmodium eine Trockenzeit überlebt, arbeitet unsere Forschungsgruppe mit einem Team malischer Forscherinnen und Forscher zusammen. Im Jahr 2021 wurde diese Zusammenarbeit intensiviert und eine Partnergruppe des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie am Malaria Training and Research Center (MRTC) in Bamako unter der Leitung von Moussa Niangaly eingerichtet. Gemeinsam untersuchen wir nun eine Kohorte von fast 250 Kindern in Mali und sammeln regelmäßig Proben während der Trocken- und Regenzeit, um die Parasiten und die jeweiligen Immunreaktionen der infizierten Personen zu untersuchen.

Malariaparasiten halten sich während der Trockenzeit bedeckt

Anhand dieser Proben hat unser Team begonnen, Mechanismen zu identifizieren, die das Überleben der Parasiten in der Trockenzeit unterstützen. Ein charakteristisches Merkmal des Malariaparasiten, von dem jedes Jahr auch afrikanische Kinder betroffen sind, ist, dass er scheinbar aus dem Blutkreislauf verschwindet, indem er sich infolge seiner Vermehrung in den roten Blutkörperchen indirekt an die Wand der Blutgefäße heftet. Infizierte rote Blutkörperchen werden nämlich aufgrund der Anwesenheit der Erreger klebrig und können daher die Milz, die "Filteranlage" unseres Blutsystems, nicht passieren – somit wird auch Plasmodium nicht entfernt.

Wir haben anhand von Blutproben, die zu verschiedenen Jahreszeiten entnommen wurden, gezeigt, dass diejenigen Parasiten, die in der Trockenzeit überdauern, ein weniger effizientes Anhaften der infizierten Zellen an den Blutgefäßen fördern. Dies führt dazu, dass während der Trockenzeit einerseits mehr entwickelte Parasiten im Umlauf sind, andererseits aber die Milz die infizierten Zellen derart effizient beseitigt, sodass die Zahl der Parasiten unter dem klinischen und immunologischen Radar bleibt [1]. Der Parasit sichert also sein eigenes Überleben bis zur nächsten Trockenzeit, indem er das Überleben seines Wirtes sicherstellt. Ein je nach Patient mehr oder weniger effizientes Anhaften an den Blutgefäßen könnte darüber hinaus deren unterschiedlich stark verlaufende Krankheitsfälle erklären [2].

Die Mechanismen hinter den Überlebensstrategien verstehen

In unseren weiteren Studien untersuchen wir auf der Ebene der einzelnen Zelle, wie dieser Mechanismus ausgelöst und reguliert wird. Wir interessieren uns dafür, wie sich Parasiten saisonal in ihren genetischen Programmen unterscheiden und wie Immunantworten dazu führen, dass die Parasiten allmählich weniger haften. Mit diesen Studien wollen wir verstehen, welche Programme der Parasit nutzt, um sich in der Trockenzeit zu verstecken und in der Regenzeit zu wachsen und zu vermehren. Außerdem wollen wir die Wechselwirkungen zwischen neu übertragenen und überdauernden Parasitenklonen innerhalb desselben Wirts untersuchen. In enger Zusammenarbeit mit unserer malischen Partnergruppe sammelt unser Labor all diese Informationen.

Mehr als 200 Millionen Menschen erkranken jedes Jahr an Malaria, und allein im Jahr 2020 starben mehr als 600.000 Erkrankte. Besonders schwer sind afrikanische Länder betroffen, wo mehr als 95 % der weltweiten Infektionen auftreten. Es gibt zwar zahlreiche Ansätze zur Malariabekämpfung, oft aber nur mit begrenztem Erfolg. Mit unserer Forschung wollen wir letztendlich verstehen, wie der Malariaparasit ein Reservoir bildet, das jedes Jahr eine erneute Übertragung ermöglicht. Wenn wir die Überlebensstrategien des Malariaparasiten kennen und verstehen, kommen wir dem Ziel einer bestmöglichen Malariabekämpfung einen Schritt näher.

Literaturhinweise

1.
Andrade, C.M.; Fleckenstein, H.; Thomson-Luque, R.; Doumbo, S.; Lima, N.F.; Anderson, C.; Hibbert, J.; Hopp, C.S.; Tran, T.M.; Li, S.; Niangaly, M.; Cisse, H.; Doumtabe, D.; Skinner, J.; Sturdevant, D.; Ricklefs, S.; Virtaneva, K.; Asghar, M.; Homann, M.V.; Turner, L.; Martins, J.; Allman, E.L.; N'Dri, M.E.; Winkler, V.; Llinás, M.; Lavazec, C.; Martens, C.; Färnert, A.; Kayentao, K.; Ongoiba, A.; Lavstsen, T.; Osório, N.S.; Otto, T.D.; Recker, M.; Traore, B.; Crompton, P.D.; Portugal, S.
Increased circulation time of Plasmodium falciparum underlies persistent asymptomatic infection in the dry season
Nature Medicine 26, 1929-1940 (2020)
2.
Thomson-Luque, R.; Votborg-Novél, L.; Ndovie, W.; Andrade, C.M.; Niangaly, M.; Attipa, C.; Lima, N.F.; Coulibaly, D.; Doumtabe, D.; Guindo, B.; Tangara, B.; Maiga, F.; Kone, A.K.; Traore, K.; Kayentao, K.; Ongoiba, A.; Doumbo, S.; Thera, M.A.; Traoré, B.; Seydel, K.; Osório, N.S.; Portugal, S.
Plasmodium falciparum transcription in different clinical presentations of malaria associates with circulation time of infected erythrocytes
Nature Communications 12:4711 (2021)

Weitere interessante Beiträge

Zur Redakteursansicht