Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017

Derart detaillierte Aufnahmen vom Erreger der Schlafkrankheit in seinem Wirt sind bislang einzigartig: Sie zeigen, in welch vielfältiger Weise sich die Parasiten in einer Tsetsefliege bewegen. Vorgelegt hat sie ein Forschungsteam vom Biozentrum der Universität Würzburg.

Die wurmförmigen Erreger der Schlafkrankheit schwimmen einzeln im Darm der Tsetsefliege zwischen Blutzellen umher, welche die Fliege von einem infizierten Säugetier aufgenommen hat. Hier beginnen sie ihre wochenlange Reise durch verschiedene Organe der Fliege. An anderen Stellen haben sie sich zu wabernden Massen vereint – so dicht, dass von den Strukturen der Fliege nichts mehr zu sehen ist.


3D-Modell des Proventrikulus, eines speziellen Organs der Tsetsefliege: Die Verteilung der Trypanosomen ist anhand der fluoreszierenden Zellkerne in Gelb visualisiert.

(Bild: Lehrstuhl Zoologie I/eLife)


Dreidimensionale Modelle der schwimmenden Entwicklungsstadien der Trypanosomen. Auch die Struktur der Flagellen wurde analysiert.

(Bild: Lehrstuhl Zoologie I/eLife)

Trypanosomen: So heißen die Erreger der Schlafkrankheit. In der Speicheldrüse der Fliege heften sie sich in großer Zahl an der Drüsenwand fest, bewegen sich aber trotzdem heftig schlängelnd. Dort warten sie darauf, dass die Tsetsefliege einen Menschen oder ein Tier sticht und sie mitsamt dem Speichel ins Blut des Opfers entlässt.

Lebensräume in der Fliege wurden dreidimensional kartiert

Solche und andere Vorgänge hat ein Forschungsteam vom Biozentrum der Universität Würzburg in hoch aufgelösten Bildern und Videos festgehalten. Mehr noch: Mittels Lichtblattmikroskopie wurden sämtliche Lebensräume der Parasiten in der Fliege dreidimensional kartiert.

„Aufnahmen dieser Art hat es bisher noch nicht gegeben“, sagt Tim Krüger. Erst mit ihrer Hilfe könne nun die erstaunlich komplexe Mikroumgebung der Trypanosomen bei der weiteren Erforschung der Infektion angemessen berücksichtigt werden. Krüger untersucht die Erreger am Lehrstuhl für Zell- und Entwicklungsbiologie im Team von Professor Markus Engstler.

Peitschenartiger Zellfortsatz dient als Antrieb

Trypanosomen sind einzellige Lebewesen, die sich mit einem peitschenartigen Fortsatz, der sogenannten Flagelle, fortbewegen. „Sie sind sehr dynamisch und hören nie damit auf, mit der Flagelle zu schlagen“, erklärt Krüger. „So können sie in den unterschiedlichsten Umgebungen effektiv schwimmen und navigieren.“ Das schaffen die Erreger nicht nur in der Fliege, sondern auch im Blutstrom, in der Haut, im Fett, im Gehirn und anderen Organen von Mensch und Tier.

In einer neuen Publikation im Journal eLife zeigt das Würzburger Team detailliert und dreidimensional den Körperbau aller schwimmenden Entwicklungsstadien der Trypanosomen in der Tsetsefliege. Es analysiert das Schwimmverhalten in den verschiedenen Geweben und stellt unter anderem bildgebende Methoden vor, mit denen sich ganze Schwärme der Erreger in der Fliege verfolgen und quantitativ analysieren lassen.

Schwimmverhalten der Erreger in der Tsetsefliege ist unklar

Diese neue Palette an Analysemöglichkeiten soll bei der weiteren Erforschung der Trypanosomen helfen. Denn immer noch ist weitgehend unklar, wie und auf welchen Wegen die gefährlichen Erreger den Körper der Fliege durchschwimmen, bevor sie einen Menschen infizieren.

Eine Strategie gegen die Schlafkrankheit besteht darin, die Entwicklung der Erreger schon in der Tsetsefliege zu stören oder zu verhindern. „Das kann aber nur gelingen, wenn man genau weiß, wie sich die Trypanosomen in der Fliege verhalten“, sagt Tim Krüger.

Effekte rund ums „Microswimming“ erforschen

Für die hochaufgelösten Bilder aus dem Biozentrum interessieren sich auch Physiker. „Unsere Kooperationspartner sind sehr daran interessiert, weil sie sich mit sogenannten ‚Microswimmers‘ befassen“, wie Krüger erklärt. Genauer gesagt, geht es ihnen um die hydrodynamischen Effekte bei Schwimmbewegungen in kleinen Dimensionen, auf der Ebene einzelner Zellen und bei Phänomenen des kollektiven Schwimmverhaltens. Ein komplexes Thema, denn die Effekte seien hier ganz anders als bei größeren Schwimmobjekten in Wasser.

Das Team von Professor Engstler wiederum verspricht sich aus der Physik wertvolle Impulse: „Wenn wir die Wechselwirkungen zwischen Parasiten und Wirten auch auf physikalischer Ebene besser verstehen, können wir neue Erklärungsansätze für die Anpassung der Parasiten und ihres Infektionsprozesses an die Wirte finden.“

Fakten über die Schlafkrankheit

Trypanosomen sind in Afrika südlich der Sahara verbreitet. Die Tsetsefliege überträgt die einzelligen Parasiten mit ihrem Stich auf den Menschen. Pro Jahr kommt es zu rund 30.000 Neuinfektionen. Die Betroffenen haben zuerst Kopf- und Gliederschmerzen, dann stellen sich Verwirrung, Krämpfe und andere Symptome ein. Schließlich fallen die Erkrankten in einen Dämmerzustand und sterben.

Impfstoffe gegen die Erreger gibt es nicht; die verfügbaren Medikamente haben teils extreme Nebenwirkungen. Bessere Mittel gegen die Krankheit sind also dringend nötig. Trypanosomen befallen nicht nur Menschen. Sie raffen auch Rinder, Ziegen und andere Nutztiere dahin und richten auf diese Weise enormen Schaden an: In manchen Gegenden Afrikas ist wegen der Trypanosomen kaum Viehhaltung möglich.

Link zur Online-Veröffentlichung

eLife ist ein multidisziplinäres Open-Access-Journal über Themen der Lebenswissenschaften. Die Würzburger Videos und Animationen vom Verhalten der Trypanosomen in Tsetsefliegen sind in den Artikel im Journal eingebunden: https://elifesciences.org/articles/27656

Schuster, S., Krüger, T., Subota, I., Thusek, S., Rotureau, B., Beilhack, A., Engstler, M. (2017): Developmental adaptations of trypanosome motility to the tsetse fly host environments unravel a multifaceted in vivo microswimmer system. eLife, 15. August 2017, DOI: 10.7554/eLife.27656.001

Kontakt

Dr. Timothy Krüger, Lehrstuhl für Zoologie I (Zell- und Entwicklungsbiologie), Biozentrum der Universität Würzburg, T +49 931 31-84277, tkrueger@biozentrum.uni-wuerzburg.de
Website des Lehrstuhls http://www.zeb.biozentrum.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Überleben auf der Schneeball-Erde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena

nachricht Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung

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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie

Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Überleben auf der Schneeball-Erde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie