Den Zellzyklus von Malariaparasiten entschlüsseln

Forschende haben ein tieferes Verständnis für den komplexen Zellteilungsprozess des Malariaparasiten gewonnen.

Gesundheit

Wenn Malaria den Menschen infiziert, wächst der Parasit Plasmodium falciparum zunächst in Leberzellen und dann in roten Blutkörperchen. Der Parasit vermehrt sich, aufeinanderfolgende Zyklen zerstören rote Blutkörperchen und der Prozess der Zellvermehrung wird fortgesetzt. Über die komplexe DNS-Dynamik, die den Zellzyklen dieses Parasiten zugrunde liegt, ist erstaunlich wenig bekannt. Das Team vom Projekt PlasmoCycle, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, hat sich jedoch eingehend damit befasst. „Der Plasmodium-Zellzyklus ist grundlegend ungewöhnlich, wodurch wir keine guten Präzedenzfälle hatten, von denen wir ausgehen konnten“, erklärt Catherine Merrick, außerordentliche Professorin in der Abteilung für Pathologie an der Universität Cambridge und leitende Forscherin des Projekts PlasmoCycle. Im Gegensatz zu fast allen eukaryotischen Zellen teilt sich Plasmodium nicht durch binäre Spaltung. Außerdem gibt es mehrere Lebenszyklusstadien, und was für ein Stadium gilt, muss nicht unbedingt für ein anderes zutreffen. In PlasmoCycle untersuchten Merrick und ihr Team, wie die DNS-Replikation in Plasmodium organisiert ist und wie sich die Umwelt im menschlichen Wirt und die Exposition gegenüber Malaria-Arzneimitteln darauf auswirken.

Seltsame und komplexe Replikation untersuchen, die Malaria antreibt

Das PlasmoCycle-Team hat zunächst neue Technologien erschlossen, die auf einer Innovation von Merrick beruhen – dem Hinzufügen eines Gens namens Thymidinkinase zu den Parasiten –, die es ihnen ermöglichen, replizierende DNS auf eine Weise zu markieren, die empfindlich, nachvollziehbar und quantifizierbar ist. Die Forschenden verfolgten dann alle grundlegenden Parameter der Funktionsweise des Zellzyklus sowohl in den ungeschlechtlichen Blutstadien als auch in den sich sehr schnell vermehrenden Geschlechtsstadien, indem sie ihn in vielen einzelnen Zellen beobachteten. Sie taten dies bei zwei verschiedenen Arten von human-infektiöser Malaria, da die beiden Arten insgesamt unterschiedlich lange brauchen, um ihre Wirtszelle zu zerstören. Dann gingen sie von der Ebene der einzelnen Zelle zum einzelnen DNS-Molekül über und untersuchten verschiedene Fragen wie den Ursprung und die Geschwindigkeit der Replikation. Mit all diesem Wissen stellten sie eine Reihe von Forschungsfragen, um die Auswirkungen von Malaria-Arzneimitteln auf die DNS und die Folgen des Nährstoffmangels zu untersuchen.

Noch nie dagewesenes Wissen über den Zellzyklus der Malaria erlangen

Eines der Hauptergebnisse des Projekts war die Bestimmung aller Parameter der Replikation von Malariaparasiten im Blutstadium mit einer beispiellosen Genauigkeit in Raum und Zeit. „Wir haben festgestellt, dass die Parameter bei zwei verschiedenen Arten etwas unterschiedlich waren“, so Merrick. In der schnellen sexuellen Phase des Lebenszyklus stellte das Team eine hohe Fehlerquote und ein völliges Fehlen von „Kontrollpunkten“ (die den Zyklus überwachen und steuern) fest, was darauf hindeutet, dass in dieser Phase Geschwindigkeit gegen Genauigkeit eingetauscht wird. Die Forschenden fanden einige der ersten Hinweise auf „Kontrollpunkte“ in den langsameren asexuellen Stadien. Wenn sie DNS-Schäden erleiden, können sie zum Beispiel ihre DNS-Replikation verlangsamen. Wie genau diese funktionieren, muss noch genauer erforscht werden. „Diese Parasiten sind so merkwürdige, früh divergierende Eukaryoten, dass ein Großteil ihrer Biologie sehr unterschiedlich ist“, bemerkt Merrick. Projektintern wurde auch aufgedeckt, wie Stressfaktoren wie potenziell DNS-schädigende Malaria-Arzneimittel oder Nährstoffmangel den grundlegenden Prozess der Replikation beeinträchtigen können. „Das ist wichtig, denn die Geschwindigkeit, mit der sich diese Parasiten vermehren, ist entscheidend für die Malariaerkrankung“, fügt Merrick hinzu.

In künftige Maßnahmen gegen Malaria einbinden

Auch wenn das Hauptziel des Projekts ein besseres Verständnis der sehr ungewöhnlichen Biologie des Malariaparasiten war, könnten die Ergebnisse bei künftigen medizinischen Entwicklungen helfen, diesen Erreger zu bekämpfen. „Je mehr wir über den Replikationsprozess wissen, desto intelligenter können wir in Zukunft Maßnahmen entwickeln“, sagt Merrick.

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Den Zellzyklus von Malariaparasiten entschlüsseln

Seltsame und komplexe Replikation untersuchen, die Malaria antreibt

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In künftige Maßnahmen gegen Malaria einbinden

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