Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gezielter Schnitt im Genom schwächt Malaria-Parasiten

17.11.2015

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg veröffentlichen neue Technik im Journal „Genome Biology“

Heidelberger Wissenschaftlern sind einem Impfstoff gegen Malaria ein kleines Stück näher gekommen: Es gelang ihnen, Malaria-Erregern einen Teil des Genoms mit mehr als 200 Genen zu amputieren. Die gentechnisch veränderten Parasiten können sich im


Das Bild zeigt sich entwickelnde Parasiten (rot) in einer kultivierten Leberzelle (gelb); DNA der Parasiten und Leberzelle ist in Cyan dargestellt.

Mirko Singer, Universitätsklinikum Heidelberg

Wirtskörper nicht mehr vollständig entwickeln und sind daher ein leichtes Ziel für das Immunsystem. Eine Impfstudie mit Mäusen brachte trotzdem keinen 100-prozentigen Erfolg. Zwar waren die meisten geimpften Tiere anschließend vor Infektionen geschützt, ein kleiner Teil der abgeschwächten Parasiten schaffte es allerdings, den Schaden am Erbgut zu kitten.

Sie verwendeten dazu einen Reparaturmechanismus, mit dem man bei den Erregern nicht gerechnet hatte. „Wir haben wieder einmal gelernt, wie widerstandsfähig diese Einzeller sind“, sagt Professor Dr. Friedrich Frischknecht vom Zentrum für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg.

„Trotzdem sind wir sicher, dass sich die neue Technik z.B. in Kombination mit anderen Strategien dazu eignet, einen sicheren Impfstoff zu entwickeln.“ Bisher ließen sich maximal drei Gene der Parasiten ausschalten. Die Arbeit ist jetzt online im Journal „Genome Biology“ erschienen.

Mehr als 300 Millionen Menschen erkranken jährlich an Malaria, einer Krankheit der Ärmsten in Afrika, Südasien und Südamerika - mehr als eine halbe Million sterben jedes Jahr daran; betroffen sind besonders Kinder unter fünf Jahren. Die Erreger, sogenannte Plasmodien, werden von Stechmücken übertragen und befallen als erstes Leberzellen.

Dort entwickeln sie sich zu einer aggressiven Form weiter, die in rote Blutzellen eindringt, sich dort massenhaft vermehrt und die Blutzellen zerstört. Dies verursacht die häufig lebensgefährlichen Symptome der Malaria: Fieber, Blutarmut bis hin zu Organversagen. Es wurden zwar inzwischen zahlreiche Medikamente zur Bekämpfung der Parasiten im Körper entwickelt, doch meist entwickeln sich früher oder später Resistenzen. Helfen kann wahrscheinlich auf lange Sicht nur eine Impfung.

Impfstoffe mit dem gesamten, unschädlich gemachten Erreger entwickeln

Erste Impfstoffkandidaten, die bereits in klinischen Studien getestet wurden, richten sich gegen einzelne Proteine des Parasiten. Der erste wurde dieses Jahr auch für Impfungen zugelassen, bietet aber keinen ausreichenden Schutz. Mehr Hoffnung setzen manche Forscher dagegen in Impfstoffe mit dem gesamten, unschädlich gemachten Erreger. Dazu werden Plasmodien genetisch so verändert, dass sie zwar noch in die Leberzellen eindringen und so das Immunsystem alarmieren und aktivieren, ihren Entwicklungsprozess in der Leber allerdings nicht abschließen können.

Diese Strategie wurde am Universitätsklinikum Heidelberg entwickelt, im Tierversuch erprobt und 2004 und 2005 veröffentlicht. Das Team um Dr. Kai Matuschewski, heute Professor an der Humboldt Universität in Berlin, zerstörte damals erstmals gezielt ein Schlüsselgen im Plasmodiengenom, das für das Wachstum des Parasiten in der Leberzelle essentiell ist.

Seither feilten Wissenschaftler weltweit weiter an dieser Methode. Sie stellten gentechnisch veränderte Parasiten her, denen bis zu drei verschiedene Gene fehlten, um einen ausreichend sicheren Impfstoff zu erhalten. Doch immer gelingt es einzelnen Parasiten, Malaria auszulösen.

Mirko Singer und seine Kollegen der Abteilung Parasitologie am Zentrum für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg gingen daher noch einen Schritt weiter: Mit Hilfe eines gezielt eingesetzten, DNS-schneidenden Proteins trennte er einen ganzen Abschnitt des Genoms mit rund 200 Genen von der restlichen Erbinformation ab. Dazu ergänzte er das Erbgut der Erreger um den genetischen Bauplan für das benötigte Schneideprotein, eine sogenannte Zinkfinger-Nuklease.

Rufen die Parasiten bei ihrem Eintritt in die Leberzellen bestimmte Informationen ihres Erbguts ab, die sie für ihre weitere Entwicklung benötigen, aktivieren sie automatisch auch die Nuklease, die das Genom zerteilt. Die dabei entstehenden nahezu glatten Schnittkanten hätten eigentlich irreparabel sein sollen, der Parasit schaffte es zur Überraschung der Forscher in wenigen Fällen aber trotzdem. Die Heidelberger Forscher konnten den dazu benutzten Mechanismus identifizieren. „Wir haben gezeigt, dass Zinkfinger-Nukleasen in Plasmodium sehr gut und zuverlässig funktionieren. Die nächste Herausforderung besteht nun darin, den Reparaturmechanismus mit mehrfachen Schnitten komplett zu überfordern“, so der Ersautor Singer.

Literatur:
Zinc finger nuclease-based double-strand breaks attenuate malaria parasites and reveal rare microhomology-mediated end joining. Singer Mirko, Marshall Jennifer, Heiss Kirsten, Mair Gunnar, Grimm Dirk, Mueller Ann-Kristin, Frischknecht Friedrich.

Genome Biology.2015, 16:249. DOI: 10.1186/s13059-015-0811-1. URL: http://www.genomebiology.com/2015/16/1/249

Kontakt:
Prof. Dr. Friedrich Frischknecht
Abteilung Parasitologie
Zentrum für Infektionskrankheiten
Universitätsklinikum Heidelberg
Tel: 06221 56-6537
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://Weitere Informationen zur Forschungsgruppe http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Malaria-3-Frischknecht.100117.0.html, Zentrum für Infektiologie http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/UEberblick.1208.0.html

Julia Bird | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften