Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Catch me if you can: Malaria-Parasiten in der Radarfalle

06.05.2016

Heidelberger Wissenschaftler erfolgreich im Wettbewerb um begehrte Förderung der „Human Frontier Science Program Organization“ mit 300.000 Euro / Aktueller Artikel in Fachzeitschrift ACS Nano: Lasermessungen geben Hinweis auf Bewegungsmechanismus der Parasiten

Malaria-Erreger sind schnell. Die aus einer einzigen Zelle bestehenden Parasiten bewegen sich rund zehnmal schneller durch das Gewebe unter der Haut als unsere körpereigene Abwehr, die Fresszellen des Immunsystems.


Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg haben eine Laser-Radarfalle für Malaria-Parasiten entworfen und erstmals deren Geschwindigkeit und Kraftentwicklung gemessen.

Universitätsklinikum Heidelberg

Wissenschaftler um Professor Dr. Friedrich Frischknecht, Arbeitsgruppenleiter im Zentrum für Infektionskrankheiten des Universitätsklinikums Heidelberg, haben eine Laser-Radarfalle für die winzigen Lebewesen entworfen und erstmals deren Geschwindigkeit und Kraftentwicklung gemessen.

Die Methode ist nachzulesen in ACS Nano, einer führenden Zeitschrift der Nanotechnologie. Mit Hilfe von mikroskopischen High-Tech-Messverfahren will das Team zusammen mit Kollegen aus London, Paris und Chicago in den kommenden Jahren folgende Fragen beantworten: Welche molekularen Mechanismen liegen dieser medizinisch relevanten Bewegung zugrunde? Wie schafft der Parasit es, sich so schnell – noch dazu durch menschliches Gewebe – zu bewegen?

Mit diesem Projekt setzte sich das internationale Wissenschaftlerteam im hochkompetitiven Wettbewerb um eine Förderung der „Human Frontier Science Program Organization“ gegen 198 Mitbewerber durch: Die Fördersumme beträgt 300.000 Euro.

Die Erreger der Malaria, die sogenannten Plasmodien, gelangen durch einen Mückenstich vom Speichel der Mücke in den menschlichen Organismus. Ihr weiterer Weg führt sie von der Haut in die Blutbahn, von dort in Leberzellen und anschließend in Blutkörperchen. Für diese zielgerichtete Eigenbewegung benutzen die Parasiten die gleichen Proteine wie auch menschliche Muskeln: Aktin und Myosin. Jedoch haben die beiden Proteine bei Plasmodien und anderen Einzellern eine etwas andere Form als beispielsweise bei Wirbeltieren. Aktinproteine bilden eine Art Schiene in Bewegungsrichtung, auf der sich Myosinproteine wie kleine Motoren entlang bewegen und dadurch die Zelle nach vorne schieben. Die Bestandteile dieser Fortbewegungsmaschinerie sind also weitgehend bekannt, die genauen Mechanismen jedoch noch unklar.

Wie können sich die Einzeller so schnell bewegen?

„In unserem nun geförderten Projekt wollen wir vor allem verstehen lernen, wie diese Proteine zusammenspielen, um Kraft und damit Bewegung zu erzeugen“, erklärt Professor Frischknecht. „Immerhin erreichen die 0.01 Millimeter langen Parasiten die beachtliche Geschwindigkeit von rund 7 Millimetern pro Stunde.“ Das Forscherteam wird dazu gentechnisch veränderte Parasiten herstellen, bei denen gezielt kleine Defekte in den Komponenten der Bewegungsmaschinerie erzeugt werden. Der Vergleich mit unveränderten Plasmodien soll schließlich zeigen, welche Bestandteile welche Funktion ausüben.

Erste Messergebnisse zur Kraft, die die Malaria-Erreger für ihre Fortbewegung erzeugen, publizierte die Arbeitsgruppe um Frischknecht in Zusammenarbeit mit dem Team um Professor Dr. Joachim Spatz vom Institut für Biophysikalische Chemie der Universität Heidelberg. Für ihre Messungen platzierten die Wissenschaftler mit Hilfe feinster Laserstrahlen, einer optischen Falle, winzige Plastik-Kügelchen auf der Oberfläche der Parasiten, ein Kügelchen pro Parasit. Dort bleibt es an bestimmten Oberflächenproteinen fest haften, der Einzeller kann es in der Bewegung nicht abstreifen. Bleibt das Kügelchen nun weiter in den Laserstrahlen gefangen und versucht Plasmodium „sich loszureißen“, kann man mit Hilfe eines hochsensiblen Detektors die Kraft erfassen, die es dazu aufwendet.

Muskelproteine erzeugen Kraft zum Weiterkriechen

„Die Kräfte, die hier walten, sind natürlich minimal: Sie sind rund 100 Milliarden Mal kleiner als der Druck, den eine 1-Liter-Flasche Wasser auf unsere Hand ausüben würde“, so Frischknecht. „Wir konnten damit aber zeigen, dass die durch Myosin erzeugte Kraft auf die Oberflächenproteine des Parasiten übertragen wird, mit denen er sich auch an seiner Umgebung anheftet. Diese Messungen sind die Grundlage für unsere weiteren Untersuchungen.“

Mit dieser Projektidee konnte das Team um Professor Frischknecht einen besonderen Erfolg verbuchen: Die Forscher sind weltweit die einzigen die schon zweimal eine Förderung durch das Human Frontier Science Program einwerben konnten. Im aktuellen Wettbewerb wurde der Heidelberger Antrag sogar am besten bewertet. Die Human Frontier Science Program Organization (HFSPO) ist ein internationaler Verbund zur Förderung der Grundlagenforschung zu komplexen Mechanismen lebender Organismen. Die geförderten Themen reichen von molekularen Fragestellungen bis hin zur Interaktion zwischen den Organismen. Gewünscht sind interdisziplinäre und internationale Kooperationen an den Überschneidungsgebieten der einzelnen Wissenschaftsgebiete.

Literatur:
Coupling of Retrograde Flow to Force Production During Malaria Parasite Migration.
Quadt KA, Streichfuss M, Moreau CA, Spatz JP, Frischknecht F.
ACS Nano. 2016; 10(2):2091-2102.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06417

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Friedrich Frischknecht
Parasitologie
Zentrum für Infektionskrankheiten
Universitätsklinikum Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 324
Tel.: 06221 / 56 65 37
E-Mail: freddy.frischknecht@med.uni-heidelberg.de

Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg
Krankenversorgung, Forschung und Lehre von internationalem Rang

Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der bedeutendsten medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der Universität Heidelberg zählt zu den international renommierten biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist die Entwicklung innovativer Diagnostik und Therapien sowie ihre rasche Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund 12.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und engagieren sich in Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 50 klinischen Fachabteilungen mit ca. 1.900 Betten werden jährlich rund 66.000 Patienten voll- bzw. teilstationär und mehr als 1.000.000 mal Patienten ambulant behandelt. Das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. Derzeit studieren ca. 3.500 angehende Ärztinnen und Ärzte in Heidelberg. www.klinikum.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Parasitologie.1215.0.html?&FS=&L= Parasitologie des Universitätsklinikums Heidelberg
http://www.hfsp.org Human Frontier Science Program Organization

Julia Bird | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie