Ludwig-Maximilians-Universität München
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Schlafkrankheit

Parasit hilft sich bei Zuckermangel selbst

München, 04.07.2013

Der Erreger der Schlafkrankheit - Trypanosoma brucei – wird von der Tsetsefliege zwischen Säugerwirten übertragen. Deshalb muss er seinen Stoffwechsel an sehr unterschiedliche Umgebungen anpassen. Wie der Parasit die schwierige Nährstoffsituation bei seiner Reise in der Fliege meistert, zeigt eine neue Studie.

Trypanosoma brucei: Zu sehen sind Zellkern und Kinetoplast (blau), das Flagellum (grün) und das Cytosol (rot).
Trypanosoma brucei: Zu sehen sind Zellkern und Kinetoplast (blau), das Flagellum (grün) und das Cytosol (rot).

Der einzellige Parasit Trypanosoma brucei verursacht bei infizierten Menschen im tropischen Afrika die Schlafkrankheit, die unbehandelt tödlich endet. Neben dem Menschen nutzt T. brucei eine Vielzahl von Säugetieren als Wirte, übertragen wird der Parasit allerdings von der Tsetsefliege. Entsprechend muss er sich an die unterschiedlichen Nährstoffangebote verschiedener Wirtsumgebungen anpassen und besitzt daher einen sehr flexiblen Energiestoffwechsel.

Der LMU-Biologe Professor Michael Boshart untersuchte nun in einer internationalen Kooperation mit seinen französischen Kollegen Dr. Frédéric Bringaud (CNRS und Universität Bordeaux) und Jean-Charles Portais (INSA und Universität Toulouse), wie T. brucei sich während der Stadien seines Lebenszyklus an Wirtsumgebungen anpasst. „Dabei ging es uns vor allem darum, mehr über die metabolischen Möglichkeiten zu erfahren, die T. brucei dabei helfen, durch „Flaschenhälse“ im Laufe seiner Entwicklung in der Tsetsefliege zu gelangen“, sagt Boshart.

Überleben in feindlicher Umgebung

Das erste Hindernis, das T. brucei in der Fliege überwinden muss, ist Glucosemangel: Während der Parasit im glucosereichen Säugetierblut aus dem Vollen schöpfen kann, herrschen in der Fliege völlig andere Verhältnisse – deshalb muss er seinen Stoffwechsel umstellen und auf Aminosäuren als Energielieferanten umsteigen. „Ein noch größerer Flaschenhals ist aber der sogenannte Proventrikulus, eine Art „Ventil“ für den Verdauungstrakt der Fliege. Diese entscheidende Stelle müssen die Trypanosomen überwinden, um in die Speicheldrüsen zu kommen, von wo sie auf den nächsten Säugerwirt übertragen werden“, erklärt Stefan Allmann, der Erstautor der Studie.

Im Proventrikulus herrschen extreme Bedingungen, zum einen ein sehr basischer pH Wert und zum anderen eine Umgebung, in der reaktive Sauerstoffspezies (ROS) den Organismus angreifen. Um hier zu überleben, muss T. brucei die ROS entgiften. „Der einzige Weg hierzu ist abhängig von dem Coenzym NADPH, dessen Regeneration aber üblicherweise im Glucosestoffwechsel erfolgt“, so Allmann.

Unerwartete Glucoseproduktion entdeckt

Die Wissenschaftler konnten nun nachweisen, dass zur Regeneration von NADPH mehrere Stoffwechselwege beitragen: Zum einen existiert ein weiterer NADPH Produktionsweg, der auch ohne Glucose das nötige NADPH produziert um ROS abzuwehren. Zur Überraschung der Wissenschaftler zeigte sich außerdem, dass T. brucei auch in der Fliege nicht völlig auf den glucoseabhängigen Weg verzichten muss, da der Parasit unerwarteterweise in der Lage ist, sich selbst zu helfen und Glucose-6-Phosphat herzustellen – welches wiederum zur Produktion von NADPH eingesetzt werden kann.

In Zukunft wollen die Wissenschaftler mit ihren französischen Kollegen noch tiefere Einblicke in die Anpassung des Parasiten an den Fliegenwirt gewinnen. Langfristig könnten ihre Ergebnisse dazu beitragen, die Änderungen im Stoffwechsel von T. brucei gezielt zu manipulieren - etwa durch die Behandlung von Haustieren - um die Verbreitung des Parasiten durch die Fliege einzudämmen.

Das Projekt ist Teil einer langfristig angelegten Kooperation mit Arbeitsgruppen in München, Bordeaux und Toulouse und wird durch das Bayerisch-Französische Hochschulzentrum (BFHZ) gefördert.
(JBC 2013)            göd

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