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Projekt
Von solitärem Schwimmen zu Schwärmen und zurück: die Reise der Trypanosomen durch die Tsetse-Fliege
Antragsteller
Professor Dr. Markus Engstler
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254473220
Afrikanische Trypanosomen sind die Erreger von tödlichen Seuchen bei Mensch und Tier. Die einzelligen Blutparasiten besiedeln die Körperflüssigkeiten ihrer Säugerwirte, sowie den Verdauungstrakt des sie übertragenden Insekts, der gefürchteten Tsetse-Fliege. Trypanosomen sind ausdauernde Mikroschwimmer, und wir haben ihr Bewegungsverhalten in menschlichem Blut und Gewebe studiert. Das hier vorgestellte Projekt zielt darauf ab zu verstehen, wie Schwimmen die ungewöhnlich lange Reise der Parasiten durch die Tsetse-Fliege beeinflusst, die sich über viele Wochen hinzieht. Wir haben die Zellarchitektur und das Schwimmvermögen von acht unterschiedlichen Trypanosomenstadien in lebenden Fliegen studiert und dabei äußerst unterschiedliche Bewegungsmuster vermessen. Während einige Formen solitäre Schwimmer sind und Selbstvermeidung zeigen, bilden andere große Schwärme und zeigen kollektives Bewegungsverhalten. Einige Lebensstadien der T. schwimmen bevorzugt entlang von Oberflächen und navigieren so innerhalb von bizarren Mikrostrukturen in der Fliege. Wir haben die Mikroumwelt im Fliegendarm vermessen und die Dynamik der Trypanosomen in der lebenden Fliege analysiert. Dafür haben wir genetisch manipulierte Parasiten und neuartige Bildgebungsverfahren, wie Light Sheet Fluorescence Microscopy eingesetzt. Jetzt planen wir, unsere Ergebnisse unter definierten Bedingungen zu überprüfen und mathematisch zu interpretieren. Das soll mit Hilfe von Mikrofluidik-Aufbauten geschehen, deren Konstruktion von den natürlichen Parametern in der Tsetse-Fliege inspiriert sein wird. Das schließt auch biophysikalische Parameter wie Strömung, Einengung und Viskosität ein. Mit diesen Experimenten wollen wir das unterschiedliche Schwimmverhalten der Trypanosomenstadien in der Nähe von Oberflächen oder in Schwärmen verstehen. Die Interpretation der hochauflösenden experimentellen Daten wird von numerischen Modellierungen und Computersimulationen unterstützt. Wir sind überzeugt, dass unser Vorhaben fundamental zum Verständnis von Mikroswimmern in einer Welt von kleinen Reynoldszahlen beitragen kann.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
