Neuer Schwachpunkt beim Erreger der Schlafkrankheit entdeckt

Mikroskopisches Bild (in Falschfarben) von Trypanosoma brucei, umgeben von roten Blutkörperchen. Institut für Zellbiologie, Universität Bern

Trypanosomen sind einzellige Parasiten, die verheerende Krankheiten beim Mensch auslösen: die Schlafkrankheit in Afrika, Chagas in Südamerika und neuerdings auch in Europa. Trypanosomen befallen auch Tiere und lösen bei Rindern in Afrika die Nagana-Krankheit aus.

Für diese Krankheiten wird immer noch nach geeigneten Therapien gesucht. Forschende um Prof. Torsten Ochsenreiter des Instituts für Zellbiologie der Universität Bern haben nun die Mitochondrien, die «Kraftwerke» der einzelligen Trypanosomen untersucht und herausgefunden, dass diese sich bei der Zellteilung anders verhalten als die Zell-Kraftwerke beim Menschen. Die Erkenntnisse könnten unter anderem dazu dienen, neue Medikamente gegen die vom Parasiten ausgelösten Krankheiten zu entwickeln.

Mitochondrien sind kleine abgeschlossene Einheiten in der Zelle, die unter anderem als Kraftwerke fungieren und dem Organismus Energie zur Verfügung stellen. Ursprünglich waren Mitochondrien eigenständige Bakterien, die vor rund 1.5 Milliarden Jahren von einer Zelle aufgenommen wurden.

Während des Zusammenlebens wurde das Bakterium immer weiter als Kraftwerk in die Zelle integriert, was sich etwa daran zeigte, dass die Konstruktionspläne des Kraftwerks zunehmend aus dem bakteriellen Erbgut in das der Wirtszelle verlagert wurden. Heute ist fast der gesamte Aufbau der Mitochondrien im Erbgut der Wirtszelle gespeichert.

«Fast der gesamte – denn ein bisschen Autonomie haben sich die Mitochondrien bewahrt», erklärt Anneliese Hoffmann vom Institut für Zellbiologie der Universität Bern, Erstautorin der Studie. «Sie besitzen noch immer einige essenzielle Komponenten des Kraftwerks in ihrem eigenen Erbgut.»

Wenn sich heute eine Zelle teilt, muss sie also nicht nur dafür sorgen, ihr eigenes Erbgut zu vervielfältigen und gerecht an die Tochterzellen zu verteilen, sondern auch dafür, dass das mitochondrielle Erbgut entsprechend weitergegeben wird.

Die hierzu notwendigen Strukturen und Mechanismen waren bislang grösstenteils unbekannt. Nun haben drei Forschungsgruppen der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Oxford Brookes University (UK) Teile des Mechanismus entschlüsselt. Sie setzten dafür eine revolutionäre hochauflösende Technologie ein, die sogenannte «stimulated emission depletion (STED) microscopy».

Neuartiges Mikroskop

Trypanosomen eignen sich gut als Modellsystem in den Lebenswissenschaften, da sie nur ein sehr grosses Mitochondrion mit nur einem einzigen riesigen Genom (Erbgut) besitzen. Menschliche Zellen verfügen gewöhnlich über hunderte bis tausende Mitochondrien mit jeweils mehreren Genomen. Diese sehr einfache Struktur der Trypanosomen erinnert an die Situation vor 1.5 Milliarden Jahren und erlaubt es, die Entwicklung von Zellen bis zum heutigen Zustand zu analysieren.

Ausserdem sind sowohl die Grösse des Mitochondriums als auch des Genoms ein Vorteil bei mikroskopischen Analysen. «Und letztlich ist es viel einfacher, einem einzigen Mitochondrion und mitochondriellen Genom währen der Zellteilung zu folgen als hunderten oder gar tausenden gleichzeitig», sagt Torsten Ochsenreiter vom Institut für Zellbiologie.

Für ihre Untersuchung nutzten die Berner Forschungsgruppen ein neuartiges Mikroskop, das es erlaubte, mit einer Auflösung von weniger als 50 Nanometer in die Trypanosomen und ihre Mitochondrien hineinzuschauen. Dabei konnten sie die Verteilung des mitochondriellen Genoms währen der Zellteilung beobachten. «Es ist uns gelungen, den Aufbau der dazu notwendigen Verteilmaschine während der Zellteilung im Detail zu beschreiben», sagt Ochsenreiter.

Hierzu gehört die präzise Abfolge der einzelnen Bausteine in der Verteilmaschine, deren Grösse und Ausdehnung sowie Interaktionen untereinander. Die Wirtszelle löst dabei jeweils den Aufbau der Verteilmaschine aus, wonach jeder Baustein präzise nacheinander eingebaut wird. Anders als in bisher untersuchten Organismen scheinen Trypanosomen die meisten Bausteine exklusiv für diese Funktion entwickelt zu haben.

Auf weitere Krankheiten anwendbar

«Die Studie liefert neben den Erkenntnissen für die Grundlagenforschung auch neue Techniken, die in Zukunft auch auf andere Organismen übertragen werden können», erklärt Ochsenreiter. Zum Beispiel können damit die Ursachen für die fehlerhafte Verteilung des mitochondriellen Genoms in einigen menschlichen Erkrankungen untersucht werden, wie etwa bei Muskelerkrankungen oder auch bestimmten Krebsarten.

«Insbesondere sind aber die entdeckten Unterschiede in der Verteilmaschinerie beim Parasiten und Menschen von Interesse, um neue Medikamente gegen die Schlafkrankheit und andere, von Trypanosomen in Mensch und Tier ausgelösten Krankheiten zu entwickeln.»

Die Studie wurde im Fachjournal «Proceedings of the National Academy of Sciences» veröffentlicht.

Bibliographische Angaben:
Anneliese Hoffmann, Sandro Käser, Martin Jakob, Simona Amodeo, Camille Peitsch, Jiří Týč, Sue Vaughan, Benoît Zuber, André Schneider and Torsten Ochsenreiter: Molecular model of the mitochondrial genome segregation machinery in Trypanosoma brucei. PNAS, 05.02.18, doi.org/10.1073/pnas.1716582115

http://www.unibe.ch/aktuell/medien/media_relations/medienmitteilungen/2018/medie…

Media Contact

Nathalie Matter Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreib Kommentar

Neueste Beiträge

Smarte Flaschenbürsten

Neutronen machen Strukturveränderungen in molekularen Bürsten Sie sehen aus wie mikroskopisch kleine Flaschenbürsten: Polymere mit einem Rückgrat und Büscheln von Seitenarmen. Dieses molekulare Design verleiht ihnen ungewöhnliche Fähigkeiten: Sie können…

Wie Glaukom, Immunsystem und Protein Tenascin-C zusammenhängen

Welche Rolle die Immunantwort für das Entstehen eines Glaukoms spielt, haben Forscherinnen und Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) an Mäusen untersucht. Sie zeigten, dass Entzündungsprozesse an der Entstehung der Krankheit…

Neues Ribozym aus dem Labor

Der Evolution auf der Spur: Ein katalytisch aktives RNA-Molekül, das eine RNA gezielt mit einer Methylgruppe markiert – über diese Entdeckung berichtet eine Würzburger Forschungsgruppe in „Nature“. Enzyme ermöglichen biochemische…

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close