(5. Juli 2011) Mit Spitzengeschwindigkeiten zwischen 20 und 40 Mikrometern pro Sekunde schwimmt Trypanosoma brucei durch die Blutbahn seiner Opfer. Die schnellsten Exemplare steuern dabei zielgerichtet mehrere Sekunden lang geradeaus, andere torkeln scheinbar orientierungslos hin und her oder wechseln zwischen beiden Fortbewegungsarten, wie Sravanti Uppaluri vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen und Kollegen der Unis Göttingen, Würzburg und Basel zeigten (PLoS Comput Biol 2011, 7:e1002058).
Der einzellige Parasit Trypanosoma brucei gelangt durch den Stich der Tsetse-Fliege ins menschliche Blut und verursacht die afrikanische Schlafkrankheit, die jährlich Tausende Todesopfer fordert. Der Erreger lebt zunächst im Blut und befällt später das Zentralnervensystem, indem er die Blut-Hirnschranke überwindet. Nach einigen Monaten oder Jahren tritt ein Dämmerzustand ein, ohne Therapie endet die Schlafkrankheit meist tödlich. Eine Impfung ist bislang nicht in Sicht, da die Erreger das variable Oberflächenglykoprotein (VSG) auf ihrer Oberfläche sehr schnell gegen eine andere Variante austauschen können. Diese Antigenvariation macht eine effiziente Antikörpererkennung unmöglich, so dass ein Teil der Zellen immer unentdeckt bleibt.
Als Modellorganismus ließen die Wissenschaftler um Uppaluri den für den Menschen ungefährlichen Erreger der Nagana-Tierseuche, Trypanosoma brucei brucei, in einer Nährlösung schwimmen und filmten dessen Bewegungen. Dabei spielte die Geißel der Trypanosomen eine Rolle. Diese ist nicht, wie beispielsweise bei vielen anderen Einzellern, als eine Art „Schwanz“ an einem Zellende befestigt, sondern über eine undulierende Membran auf ganzer Länge mit der Trypanosomen-Zelle verbunden.
In Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit mehreren tausend Bildern pro Sekunde zeigten die Forscher, dass sich die Geißelspitze deutlich schneller als der entgegengesetzte Zellpol bewegte. Dieser Geschwindigkeitsgradient war in den zielstrebigen Schwimmern steiler ausgeprägt als in den orientierungslosen Zellen, was auf Unterschiede in der Flexibilität und Form der Zellen schließen lässt. Die Messung des Abstandes zwischen den Zellpolen als Funktion der Zeit ergab, dass zielorientierte Schwimmer (siehe Video S3 aus Uppaluri et al.) eine eher gestreckte Form aufwiesen, während die orientierungslosen Zellen (siehe Video S4) gekrümmt und flexibel erschienen. Diese physikalischen Parameter könnten die Fähigkeit der Trypanosomen beeinflussen, in das Gewebe des Nervensystems einzudringen, spekulieren die Wissenschaftler.
Dass permanentes Schwimmen eine Überlebensstrategie im Kampf gegen das Immunsystem des Wirtes ist, zeigte Mitautor Markus Engstler, Uni Würzburg, mit seinem damaligen Team bereits 2007. Durch die hydrodynamischen Kräfte, die bei der Bewegung der Zellen in einer Flüssigkeit entstehen, werden Wirtsantikörper, die an die Proteinhülle binden, zum hinteren Zellpol geleitet und dort per Endocytose aufgenommen (Engstler et al., Cell 2007, 131:505–15). „Die Zellen müssen permanent schwimmen – mal schneller, mal langsamer – um eine ausreichende hydrodynamische Strömung auf ihrer Oberfläche zu erzeugen“, so Engstler. Können die orientierungslosen Zellen Wirtsantikörper ebenso effizient internalisieren wie ihre zielstrebigen Kollegen? Engstler hält sich bedeckt: „Nein, das können sie nicht. Mehr kann ich aber noch nicht verraten“.
Das Schwimmen dient jedoch nicht nur zur Antikörperabwehr. Es ist für Trypanosomen im Blut lebensnotwendig. Wird die Funktion der Geißel durch RNA-Interferenz (RNAi)-vermittelte Ausschaltung verschiedener Flagellen-assoziierter Proteine eingeschränkt, dann ist keine korrekte Zellteilung möglich und es entstehen unorganisierte Riesenzellen (Broadhead et al., Nature 2006, 440:224-7). Da das Schwimmen für Trypanosomen in mehreren Hinsichten essenziell zu sein scheint, könnte sich hier eine Möglichkeit zur Bekämpfung der Erreger bieten.
Wer weiß, welche Bestzeiten noch in den Schwimmern stecken!
Kai Krämer
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