Wie sich Malariaerreger in Blutzellen vermehren

3-D-Illustration des Malariavirus. /Giovanni Cancemi, stock.adobe.com

Heidelberg – Malariaerreger vermehren sich in roten Blutzellen auf ungewöhnliche Weise: Statt sich mehrmals in Folge zu verdoppeln, wie dies die meisten anderen Zellen tun, teilen sie sich scheinbar unkoordiniert.

Eine Arbeitsgruppe des Universitätsklinikums und der Universität Heidelberg haben dies jetzt im Fach­magazin Science Advances erklärt. Die Ergebnisse sollen dabei helfen, die Vermehrungsmecha­nismen des weit verbreiteten und bislang schwer einzudämmenden Erregers besser zu verstehen (DOI: 10.1126/sciadv.abj5362).

Der Entwicklungszyklus des Malariaerregers ist komplex: Durch einen Mückenstich übertragen wandern die Parasiten von der Einstichstelle in die Blutgefäße und von dort weiter in die Leber, wo sie sich ver­mehren, dann die Leber verlassen, rote Blutkörperchen befallen und sich dort erneut rasant vermehren. Befall und Zerstörung der Blutzellen verursacht Fieberschübe, Gefäßverschlüsse und Gewebeschäden.

Die Vermehrung in den roten Blutzellen verläuft ungewöhnlich: Es teilt sich zunächst nur der Plasmo­dienzellkern mehrfach, bis rund 20 Zellkerne in einer einzigen roten Blutzelle entstanden sind. Erst dann werden die Kerne in neue Parasiten verpackt, platzen aus der Blutzelle und befallen die nächsten roten Blutkörperchen.

„Die Frage nach dem ‚Warum?‘ haben wir nun erstmals dank einer Kombination von modernen mikros­kopischen Methoden und mathematischen Modellen beantwortet“, erläutert der Seniorautor der Publi­kation, Markus Ganter, Arbeitsgruppenleiter in der Abteilung für Parasitologie, Zentrum für Infektiologie am Universitätsklinikum Heidelberg.

Mit Hilfe eines fluoreszierenden Parasitenstamms analysierten die Forschenden die Dynamik der 1. Kernteilungen in lebenden Zellen unter dem Mikroskop und entwickelten daraus ein mathematisches Modell, um die Kernteilung über den gesamten Entwicklungsschritt zu simulieren. Es zeigte sich: Die Teilungsgeschwindigkeit verringert sich mit der Anzahl der Kerne. Bei rund 20 Kernen stoppt der Vorgang, so dass alle Plasmodienkerne gleichzeitig in neue Tochterzellen verpackt werden können.

„Der Grund dafür sind wahrscheinlich die begrenzten Ressourcen in den Blutzellen“, so Ganter. Je mehr Kerne es gebe, desto häufiger komme es vor, dass sich zwei oder mehr von ihnen zufällig zur selben Zeit teilten und gleichzeitig bestimmte, nur begrenzt zur Verfügung stehende Stoffe benötigten.

Im Umkehrschluss bedeute dies, dass die Vermehrung schneller gehe, wenn sich die Kerne nicht zur gleichen Zeit verdoppelten. „Diese Teilungsstrategie könnte also der Notwendigkeit einer schnellen Vermehrung geschuldet sein“, berichten die Forscher.

Die Arbeit ist ein gemeinsames Projekt von Arbeitsgruppen des Universitätsklinikums Heidelberg, der Universität Heidelberg und des Deutschen Krebsforschungszentrums. © hil/aerzteblatt.de